WO2007147378A1

WO2007147378A1 - Hydraulisch betätigbarer kupplungsausrücker

Info

Publication number: WO2007147378A1
Application number: PCT/DE2007/000938
Authority: WO
Inventors: Lothar Huber; Dominik Hans; Dirk Klünder
Original assignee: Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2007-12-27
Also published as: CN101479495A; CN101479495B; DE112007001336A5

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ausrücker zur hydraulischen Betätigung insbesondere einer mit einem Antrieb in Wirkverbindung stehenden Fahrzeugkupplung mit dem im ausgerückten Zustand der Kupplung die Übertragung der antriebseitigen Schwingungen auf die Ausrückelemente mit möglichst geringem technischem Aufwand unterbrochen und dabei gleichzeitig der Ausrückwegverlust nicht vergrößert wird, indem zwischen Kupplung und dem Ausrücker ein elastisches Element (9) angeordnet wird, durch das die antriebsseitigen Schwingungen teilweise entkoppelt werden.

Description

Hydraulisch betätigbarer Kupplunqsausrücker

Die Erfindung betrifft einen Ausrücker zur hydraulischen Betätigung insbesondere einer mit einem Antrieb in Wirkverbindung stehenden Fahrzeugkupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim Betrieb eines Fahrzeuges entstehen durch die Anregung des Verbrennungsmotors meist starke Schwingungen, die vom Motor über das Getriebe auch in den Fahrgastraum übertragen werden. Insbesondere führen diese Schwingungen bei Betätigung der Kupplung mittels eines Ausrückers zu störenden Vibrationen, die vom Fahrer am Kupplungspedal spürbar sind. Diese Schwingungen werden in erster Linie über den zwischen der Kupplung und dem Getriebe angeordneten, mechanisch oder hydraulisch betätigbaren Kupplungsausrücker übertragen. Dieser kann beispielsweise ein Nehmerzylinder sein, der in der Übertragungsstrecke vom Kupplungspedal bis zur Kupplung angeordnet ist und hydraulisch oder mechanisch entsprechende Bauelemente betätigt, wie die Tellerfederzungen einer Kupplung, die letztendlich eine Kupplungsbetätigung hervorrufen. Handelt es sich um einen konzentrisch um eine Getriebeeingangswelle angeordneten Nehmerzylinder, der mit einem Ausrücklager versehen ist, wird dieser Nehmerzylinder als CSC (Concentric Slave Cylinder) bezeichnet. Diese Nehmerzylinder bestehen im Wesentlichen aus einem feststehenden zylinderförmigen Gehäuseteil, in welchem ein mit Druck beaufschlagter Kolben axial verlagert und dabei geführt wird. Die dabei erzeugte Druckkraft wird weiter auf die jeweiligen Ausrückelemente übertragen. Dieser Kolben ist bei einem konzentrisch um die Getriebeeingangswelle angeordneten Ausrücker als Ringkolben ausgebildet. Dieser Ringkolben bildet mit einem im Gehäuseteil vorgesehenen Raum einen variablen Druckraum. Außerdem umfasst der Kupplungsausrücker ein Ausrücklager, das im Ringkolben radial einstellbar geführt ist, dessen umlaufender Lagerring auf der dem Druckraum gegenüber liegenden Seite direkt oder indirekt mit den Ausrückelementen der Kupplung in Wirkverbindung steht. Der nicht umlaufende Lagerring des Ausrücklagers bildet auf der dem Druckraum zugewandten Seite eine Anlagefläche, die an einer Ge- genanlagefläche des Ringkolbens zumindest während des Ausrückvorgangs anliegt. Außerdem umfasst der Kupplungsausrücker eine Druckfeder, die zwischen Gehäuseteil und Ausrücklager angeordnet ist und eine Vorspannung aufbringt und damit zur Aufrechterhaltung einer dauerhaften Anlage des umlaufenden Lagerrings an den Ausrückteilen der Kupplung auch in eingerücktem Zustand der Kupplung dient. Ein derartiger hydraulisch betätigbarer Kupplungsausrücker mit einer selbst zentrierenden Anordnung des Ausrücklagers und einem ständig anliegenden und umlaufenden Lagerring ist beispielsweise aus der DE 33 26 107 C2 bekannt. Um das Eindringen von Luft in das hydraulische System zu verhindern, die dazu führt, dass der Ausrückvorgang nicht einwandfrei durchführbar ist, wird bei diesem Kupplungsausrücker zwischen dem Ringkolben und dem nicht umlaufenden Lagerring eine zweite axial wirksame Feder eingebracht, die der Druckfeder entgegenwirkt. Durch diese Anordnung der zweiten Feder zwischen dem Ringkolben und dem nicht umlaufenden Lagerring wird erreicht, wobei die Feder so abgestimmt ist, dass im eingerückten Zustand der Kupplung zwischen dem Ringkolben und dem nicht umlaufenden Lagerring ein Spalt erhalten bleibt, dass die auf das Ausrücklager einwirkenden Axialkräfte vom Ringkolben fern gehalten werden, so dass dieser den Schwingungen der Brennkraftmaschine gegenüber völlig isoliert angeordnet ist.

Bei dieser Lösung erfolgt die Aufnahme der Axialkraft über zwei richtungsabhängige Druckfedern am stehenden Lagerring. Allerdings kann diese Axialkraft nur im unbetätigten Zustand aufgenommen werden. Die zwischen dem nicht umlaufenden Lagerring und dem Ringkolben eingesetzten Druckfedern erreichen dabei keinen Festanschlag. Dadurch wird der Weg der eingesetzten Tellerfeder nicht begrenzt, wodurch sich die Schwingungen im eingerückten Zustand der Kupplung auf das Kupplungspedal übertragen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, mit möglichst geringem technischem Aufwand im ausgerückten Zustand der Kupplung die Übertragung der antriebseitigen Schwingungen auf die Ausrückelemente zu unterbrechen und gleichzeitig den Ausrückwegverlust nicht zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird durch einen Ausrücker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Ausrücker zur hydraulischen Betätigung einer mit einem Antrieb in Wirkverbindung stehenden Fahrzeugkupplung besteht aus einem Gehäuse, in dem ein Kolben axial verschiebbar geführt ist. Dieses Gehäuse ist mit einem Ausrücklager verbunden, wobei die rotierende Lagerschale des Ausrücklagers mit den Ausrückelementen der Kupplung in Form von Tellerfederzungen in Wirkverbindung steht. Die stehende Lagerschale des Ausrücklagers liegt mindestens während des Ausrückvorganges an der Stirnfläche des Kolbens aufgrund der erzeugten Vorspannung einer zwischen dem Gehäuse und dem Kolben angeordneten Druckfeder an. Da zwischen Kupplung und dem Ausrücker ein elastisches Element angeordnet ist, wird während der Kupplungsbetätigung der Übertragungsweg der vom Antrieb übertragenen Schwingungen teilweise entkoppelt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das elastische Element als Tellerfeder, als Wellfeder, als Druckfeder oder als Gummielement ausgebildet, wobei der Querschnitt dieses elastischen Elements zwar einen Abstand zu den angrenzenden Bauteilen definiert, dabei jedoch gewährleistet wird, dass die Stirnflächen bzw. Stirnlinien des elastischen Elements mit den angrenzenden Bauteilen in Wirkverbindung stehen.

Besonders vorteilhaft ist es, das elastische Element in die Stirnfläche des Kolbens einzusetzen, um dadurch zusätzlichen Bauraum einzusparen.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Steifigkeit des elastischen Elements größer ist als die Steifigkeit der Druckfeder. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das elastische Element erst ab einem über der Steifigkeit der Druckfeder liegenden Wert anspricht, um somit den Spitzen von auftretenden Schwingungsamplituden entgegen zu wirken.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile.

Es zeigen:

Figur 1 die untere Hälfte eines Ausrückers in Schnittdarstellung mit Schwingungsentkopplung in Form einer zwischen dem Halteblech und der rotierenden Lager schale eingebrachten Tellerfeder,

Figur 2 die untere Hälfte eines Ausrückers in Schnittdarstellung mit Schwingungsentkopplung in Form einer zwischen dem Dichtringträger und dem Wellring eingebrachten Wellfeder,

Figur 3 die untere Hälfte eines Ausrückers in Schnittdarstellung mit Schwingungsentkopplung in Form einer Wellfeder, die in die Stirnfläche des Kolbens eingelassen ist, Figur 4 die untere Hälfte eines Ausrückers in Schnittdarstellung mit Schwingungsentkopplung in Form einer Druckfeder, die im Bereich der Verschraubung des Ausrückers mit der Getriebewand angeordnet ist,

Figur 5 ein Diagramm mit einer Gegenüberstellung der am Pedal spürbaren

Vibrationen mit und ohne erfindungsgemäßer Lösung.

Die Figuren 1 bis 4 zeigen jeweils einen Halbschnitt eines hydraulisch betätigbaren Ausrückers zur Betätigung einer gedrückten Kupplung in Form eines konzentrisch um eine Getriebeeingangswelle angeordneten Nehmerzylinders, der als CSC (Concentric Slave Cylinder) bezeichnet wird. Die Figuren 1 bis 4 zeigen diesen Ausrücker in jeweils einer erfindungsgemäßen veränderten Ausgestaltung, wobei die für die entsprechenden Bauteile verwendeten Bezugszeichen gleich sind. Der Aufbau dieses CSCs besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 1 , in das eine Führungshülse 2 eingesetzt ist. Diese Führungshülse 2 definiert zum Gehäuse 1 einen ringförmigen Abstand, in dem ein ringförmiger Kolben 5 einsetzbar und infolge Druckbeaufschlagung axial bewegbar ist. Da die Länge des Kolbens 5 nicht der Länge der Führungshülse 2 entspricht, bleibt ein ringförmiger Raum übrig, der mit Druckmittel befüll- bar ist. Dieser Raum definiert einen Druckraum 17, dessen Größe infolge der axialen Bewegung des Kolbens 5 veränderbar ist. An diesem Kolben 5 ist endseitig in Richtung Druckraum 17 ein Dichtringträger 4 angebracht zur Aufnahme eines Nutdichtrings 3. In Richtung nicht dargestellter Kupplung steht der Kolben 5 mit einem Ausrücklager 12, insbesondere mit dessen Lagerschale 6, in Wirkverbindung. Das Ausrücklager 12 besteht aus einer stehenden Lagerschale 6 und einer rotierenden Lagerschale 7, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind. Weiterhin ist um den Kolben 5 eine Druckfeder 8 angeordnet, deren Endwindungen sich einerseits am Gehäuse 1 und andererseits am stehenden Lagerring 6 abstützen. Diese Druckfeder 8 hat die Aufgabe, eine Vorspannung auf das Ausrücklager 12 auszuüben, um zu gewährleisten, dass die Lagerschale 7 des Ausrücklagers 12 an den umlaufenden Tellerfederzungen 14 der Kupplung anliegt.

Gemäß Figur 1 ist dieser Ausrücker im Bereich des Ausrücklagers 12 konstruktiv verändert. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass das Ausrücklager 12, insbesondere die rotierende Lagerschale 7, von einem Halteblech 10 umhüllt ist. Dieses Halteblech 10 ist so abgewinkelt, dass dadurch zwei Schenkel 10c und 10d entstehen, die im Wesentlichen im rechten Winkel zueinander stehen. Die Enden 10a und 10b dieser Schenkel 10c, 10d sind wiederum im Wesentlichen rechtwinklig zum jeweiligen Schenkel 10c bzw. 10d gebogen. Mit dem Ende 10a wird ein Bund und mit dem Ende 10b eine Abkröpfung 10b definiert. Die Länge der beiden Schenkel 10c, 1Od ist dabei so gewählt, dass, wenn die Abkröpfung 10b axial an der Außenkante der Lagerschale 7 anliegt, der Bund 10a einen Abstand a zur Stirnfläche dieser Lagerschale 7 aufweist. In diesen Abstand a ist auf der Getriebeeingangswelle sitzend ein elastisches Element in Form einer Tellerfeder 9 angeordnet. Aufgrund ihrer Federkennlinie, basierend auf ihrer Formgebung und ihrer spezifischen Federsteifigkeit, dient sie dazu, die Größe dieses Abstandes a zu definieren und ihn beizubehalten. Die Tellerfeder 9 stützt sich dabei mit ihrem Innendurchmesser an der Lagerschale 7 und mit ihrem Außendurchmesser am Schenkel 10c des Halteblechs 10 ab.

Ausgehend vom Betrieb des Fahrzeuges, liegt aufgrund der Vorspannung durch die Druckfeder 8 bzw. der Vorspannung der Tellerfeder 9 das Halteblech 10 an den Tellerfederzungen 14 der nicht dargestellten Kupplung an, das dabei mit diesen Tellerfederzungen 14 mit rotiert. Wird die Kupplung betätigt, wird im hydraulischen System ein Druck erzeugt, wodurch ebenfalls der Kolben 5 über den Druckanstieg im Druckraum 17 mit Druck beaufschlagt wird, so dass sich dieser in Richtung Lagerschale 6 bewegt. Bei dieser Bewegung wird die Lagerschale 6 über die zwischenliegenden Wälzkörper mit der rotierenden Lagerschale 7 kontaktiert, wodurch gleichzeitig die Tellerfeder 9 in axialer Richtung mit Druck beaufschlagt wird. Übersteigt die Betätigungskraft die spezifische Steifigkeit der Tellerfeder 9, verringert sich der Abstand a zwischen der Lagerschale 7 und dem Halteblech 10, wodurch die Betätigungskraft infolge des Kontakts des Halteblechs 10 mit den Tellerfederzungen 14 auf die nicht dargestellte Kupplung übertragen und damit der Ausrückvorgang eingeleitet wird. Dabei ist die Tellerfeder 9 so dimensioniert, dass sie nicht auf Block geht. Bei diesem Vorgang ist die Tellerfeder 9 aufgrund ihrer Federkennlinie bemüht, den vom Antrieb und damit von der Kupplung herrührenden Schwingungen entgegenzuwirken. Dadurch kommt es nur kurzzeitig zu einer Übertragung der Spitzen der Schwingungsamplituden auf die Lagerschale 7 und damit auf die übrigen Bauelemente des Ausrückers. Der übrige Anteil der Schwingungen wirkt der Betätigungskraft entgegen und wird dadurch entsprechend aufgehoben bzw. von diesen Bauteilen entkoppelt. Außerdem führt die Anordnung der Tellerfeder 9 dazu, dass kein großer zusätzlicher Ausrückwegverlust auftritt.

Die Figur 2 zeigt eine andere Variante eines Ausrückers mit einem elastischen Element 9 zur Schwingungsentkoppelung. In diesem Beispiel ist zwischen dem Dichtringträger 4 und dem Kolben 5 das elastische Element 9 angeordnet, das bei dieser Variante als Wellring ausgebildet ist. Dieser Wellring 9 definiert mit seinem Querschnitt den Abstand a, der entsprechend den vom Antriebsmotor herrührenden Schwingungsamplituden veränderbar ist. Dieser Well- ring 9 beabstandet außerdem den Stützring 11 vom Kolben 5. Bei Druckbeaufschlagung des Ausrückers wird zunächst der Druck im Druckraum 17 von dem Nutdichtring 3 auf den Stützring 11 und dann weiter auf den Wellring 9 und letztendlich auf den mit diesem in Kontakt stehenden Kolben 5 übertragen. Die vom Antriebsmotor herrührenden Schwingungen erzeugen dabei eine Gegenkraft auf das Ausrücklager 12 und auf die mit dem Kolben 5 verbundene Lagerschale 6. Diese beiden entgegengesetzt gerichteten Kräfte bewirken eine Verformung des Wellringes 9, wodurch sich der Abstand a ändert. Eine entsprechend gewählte Federsteifigkeit des Wellringes 9 verhindert ein vollständiges Durchdrücken des Wellringes 9.

Aus der Figur 3 ist eine weitere Variante zur Schwingungsentkoppelung an einem Ausrücker erkennbar. Der Aufbau des Ausrückers ist dabei im Wesentlichen der gleiche wie bisher. In diesem Beispiel ist das elastische Element 9 in die Stirnfläche des Kolbens 5 eingebracht. Wie bereits in den vorangegangenen Figuren beschrieben, dient das in diesem Falle zwischen der Stirnfläche und der Lagerschale 6 eingebrachte elastische Federelement 9, das in diesem Falle ebenfalls als Wellring ausgebildet ist, dazu, einen Abstand a herzustellen und bei der Betätigung der Kupplung die Schwingungen zwischen den jeweils an den Wellring 9 angrenzenden Bauteilen zu unterbrechen.

In der Figur 4 ist eine weitere Variante eines Ausrückers mit Schwingungsentkopplung dargestellt. Hierbei ist diese zwischen dem Gehäuse des Ausrückers und der Getriebewand 16 angeordnet. Sie besteht aus mindestens einem, in vorteilhafter Weise mit der Verschraubung 13 verbundenem, federelastischen Element 9, das in diesem Beispiel als Druckfeder ausgebildet ist. Mit der Verschraubung 13 wird eine Vorspannung auf die Druckfeder erzeugt. Von Vorteil ist es allerdings, mehrere Druckfedern 9 am Umfang des Ausrückers anzuordnen, um eine gleichmäßige Druckverteilung zu erreichen. Eine weitere Möglichkeit wäre auch, anstelle der Druckfeder 9 eine Tellerfeder zwischen den Verschraubungen 13 und der Getriebewand 16 vorzusehen. Durch dieses elastische Element 9 wird wiederum ein Abstand a zwischen der Getriebewand und dem Anschraubblech 15 des Zentralausrückers definiert, der sich je nach Größe der Schwingungsamplitude verändert. Gleichzeitig werden ebenfalls die Schwingungen nicht in voller Höhe auf das angrenzende Getriebe übertragen.

Die Figur 5 zeigt zur Veranschaulichung ein Diagramm der Pedalbeschleunigungen bzw. Vibrationen am Kupplungspedal über dessen jeweiliger Position während des Ausrückvorganges, die sich infolge der vom Antrieb herrührenden Schwingungen ergeben. Dabei zeigen die schwarzen Balken den Verlauf der Beschleunigungen bei einem Ausrücker ohne Schwin- gungsentkopplung durch ein elastisches Element 9 und die grauen Balken den Verlauf der Beschleunigungen bei einem Ausrücker mit einem elastischen Element 9 zur Schwingungsentkopplung. Aus dieser Figur ist dabei deutlich erkennbar, dass die ohne erfindungsgemäße Schwingungsentkopplung auftretenden Vibrationen im Punkt der höchsten Momentaufnahme ebenfalls am größten sind. Allerdings werden diese Vibrationen durch das Einbringen eines elastischen Elements 9 in bzw. an den Ausrücker deutlich vermindert. Außerdem werden sie allmählich über die Dauer des Kupplungsvorganges abgeschwächt, was zu einer Erhöhung des Fahrkomforts führt. Aus dem stark gestrichelten Bereich zwischen 15 und 20m/s² ist die Spürbarkeit der Vibrationen am Kupplungspedal für den Fahrer ersichtlich. Aus dem Diagramm geht dabei deutlich hervor, dass die Wahrnehmung der Vibrationen beim Ausrücken ohne Schwingungsentkopplung deutlich über dem Wert von 20m/s² liegen und daher für den Fahrer nicht mehr akzeptabel sind.

Bezuαszeichenliste

Gehäuse

Führungshülse

Nutdichtring

Dichtringträger

Kolben

Stehende Lagerschale

Rotierende Lagerschale

Druckfeder

Elastisches Element

Halteblech a Bund b Abkröpfung c Schenkel d Schenkel

Stützring

Ausrücklager

Schraube

Kupplungstellerfederzungen

Anschraubblech

Getriebewand

Druckraum

Abstand

Claims

Patentansprüche

1. Ausrücker zur hydraulischen Betätigung insbesondere einer mit einem Antrieb in Wirkverbindung stehenden Fahrzeugkupplung, mit einem feststehendem Gehäuse (1), in dem ein Kolben (5) axial verschiebbar geführt ist, das Gehäuse (1) mit einem Ausrücklager (12) verbunden ist, wobei die rotierende Lagerschale (7) des Ausrücklagers (12) mit den Ausrückelementen der Kupplung in Form von Tellerfederzungen (14) in Wirkverbindung steht und die stehende Lagerschale (6) des Ausrücklagers (12) mindestens während des Ausrückvorganges an der Stirnfläche des Kolbens (5) aufgrund der erzeugten Vorspannung einer zwischen dem Gehäuse (1) und dem Kolben (5) angeordneten Druckfeder (8) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kupplungsbetätigung der Übertragungsweg der vom Antrieb übertragenen Schwingungen zwischen Kupplung und dem Ausrücker (1) mittels eines elastischen Elements (9) teilweise entkoppelt wird.

2. Ausrücker nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (9) als Tellerfeder, als Wellfeder, als Druckfeder oder als Gummielement ausgebildet ist.

3. Ausrücker nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des elastischen Elements (9) einen Abstand a zu den angrenzenden Bauteilen definiert.

4. Ausrücker nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen bzw. Stirnlinien des elastischen Elements (9) mit den angrenzenden Bauteilen in Wirkverbindung stehen.

5. Ausrücker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (9) in die Stirnfläche des Kolbens (5) eingesetzt ist.

6. Ausrücker nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des elastischen Elements (9) größer als die Steifigkeit der Druckfeder (8) ist.