DE102005048950B3

DE102005048950B3 - Schaltventil zur Kupplungsbetätigung

Info

Publication number: DE102005048950B3
Application number: DE200510048950
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Steinel (FH); Luc Dipl.-Ing. Jonckheere (FH)
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: FR2893372A1

Abstract

Schaltventil für eine Kupplungsbetätigungseinrichtung, umfassend mindestens einen Anschluss zur Druckmittelzufuhr und mindestens einen Anschluss zur Druckmittelabfuhr, wobei das Schaltventil mindestens zwei Schaltstellungen in Abhängigkeit eines Führungssignals und eines Istsignals der Kupplungsbetätigungseinrichtung einnehmen kann, wobei ein Ventilkörper über eine in einer Ausgangsstellung zentrierten Ventilstange in eine Schaltstellung bewegt wird, wobei auf die Ventilstange eine das Führungssignal und eine entgegengerichtete das Istsignal repräsentierende Kraft wirken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltventil zur Kupplungsbetätigung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 197 16 600 A1 , 16, ist für eine Kupplungsbetätigung ein Schaltventil bekannt, das die Druckmittelversorgung einer Betätigungseinrichtung zum Ein- und Ausrücken einer Kupplung bewirkt. Das Schaltventil verfügt über einen Druckmittelzufuhr- und einen Druckmittelabführanschluss und kann die Schaltstellungen Druckmittelzufuhr blockiert bis Druckmittelzufuhr offen, Druckmittelabfuhr blockiert bis Druckmittelabfuhr offen stufenlos variabel einnehmen. Des Weiteren können die Druckmittelzufuhr und die Druckmittelabfuhr in einer Schaltstellung blockiert sein.

Das Schaltventil nimmt in Abhängigkeit von einem Führungssignal eine gewünschte Sollposition ein, wobei von der Betätigungseinrichtung ein Ist-Signal zum Schaltventil bereitgestellt wird. In der Beschreibung des Schaltventils wird zwar auf verschiedene Möglichkeiten der Signalformen, z. B. elektrisch oder mechanisch hingewiesen, der konkrete Aufbau des Schaltventils ist jedoch nicht Gegenstand der Patentanmeldung.

Aus der US 5 479 779 A ist eine hydraulische Drosseleinrichtung als Teil eines Nehmerzylinders für eine Kupplungsbetätigung bekannt. Die Drosseleinrichtung hat die Funktion die Schließbewegungsgeschwindigkeit der Kupplung zu begrenzen. Dabei kommt ein Drosselventileinsatz zur Anwendung, der eine Ventilstange aufweist, die von zwei Federn in einer Mittelstellung gehalten wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit für ein besonders vorteilhaftes Schaltventil zur Kupplungsbetätigung zu beschreiben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der große Vorteil besteht darin, dass die Ventilstange aus ihrer Ausgangsposition, die einer Blockierstellung des Schaltventils entspricht, mit einem sehr geringen Energieaufwand in eine andere Schaltstellung bewegt werden kann.

Zwischen einem Auslöseorgan, z. B. einem Kupplungspedal und dem Schaltventil genügt eine einfache Federverbindung, wobei die Federkraft sehr klein ausgelegt sein kann.

Dabei ist vorgesehen, dass die Ventilstange durch mindestens eine Federanordnungen in eine Ausgangsstellung vorgespannt wird. Man kann z. B. zwei entgegengesetzt gerichtete Federn verwenden oder auch eine Membranfeder einsetzen, die in zwei Richtungen auslenkbar ist. Prinzipiell kann man beliebige krafterzeugende Elemente verwenden, doch bieten einfache mechanische Federn einen Preisvorteil und sind sehr robust.

Ein Anker eines Verstellmagneten wirkt dabei auf die Ventilstange, wobei aus Bauraumgründen der Anker und die Ventilstange auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch wird der Ventilkörper von einer Vorspannfeder stets in eine definierte Betriebsstellung vorgespannt.

Der Ventilkörper ist als Sitzventil ausgeführt, so dass nur eine sehr geringe interne Leckage auftreten kann. Des weiteren wird mit diesem Konstruktionsprinzip eine erhöhte Lebensdauer erreicht.

Eine Ventilsitzfläche für den Ventilkörper wird von einer Gehäusezwischenwand gebildet.

Die Ventilstange wirkt mit einem Ventilelement zusammen, das eine Ventilstellung des Schaltventils bestimmt. Der Ventilkörper und das Ventilelement bestimmen jeweils eine Schaltstellung. Der Begriff Schaltstellung bedingt nicht unbedingt eine gestuft schaltbare Betätigungseinrichtung, sondern steht gleichermaßen für die Funktion eines Proportionalventils.

Auch das Ventilelement ist vorteilhafterweise als ein Sitzventil ausgeführt.

Ein Ventilsitz für das Ventilelement wird von dem Ventilkörper gebildet wird, so dass beide Ventilkomponenten ausgehend von der Blockierstellung in eine Druckmittelzufuhrstellung eine synchrone Bewegung ausführen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Ventilkörper mindestens eine Durchlassöffnung auf, die von dem Ventilelement gesteuert wird. Sobald das Ventilelement von dem Ventilkörper abhebt, wird die Durchlassöffnung freigegeben.

Das Schaltventilgehäuse weist mindestens drei Gehäuseabschnitte auf, wobei der Ventilkörper zwischen einer Druckmittelzufuhrkammer und einer Druckmittelabfuhrkammer abgedichtet ist.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1: Schaltventil in Ausgangsstellung;
2: Schaltventil in Druckmittelzufuhrstellung;
3: Schaltventil in Druckmittelabfuhrstellung.
Die Figur zeigt ein Kupplungssystem 1 mit einer Kupplungsbetätigungseinrichtung 3, die eine Kupplung 5 schaltet. Hinsichtlich einer möglichen Ausgestaltung der Kupplungsbetätigungseinrichtung und der Kupplung wird beispielhaft auf die DE 197 16 600 A1 verwiesen. Zwischen einem Schaltventil 7 und der Kupplungsbetätigungseinrichtung 3 besteht eine Leitung 9 für ein Betriebsmedium, z. B. Druckluft, wobei die Leitung in beiden Richtungen durchströmt wird.
Das Schaltventil 7 wird beispielsweise über ein Kupplungspedal 11 in die gewünschte Schaltstellung bewegt. Mit dem Kupplungspedal lässt sich ein gelenkig gelagerter Federteller 13 axial bezogen auf das Schaltventil 7 bewegen. An dem Federteller 13 stützt sich mit ihrem ersten Ende eine Übertragungsfeder 15 ab, die mit ihrem anderen Ende an einem zweiten Federteller 17 anliegt. Der zweite Federteller 17 ist axial fest mit einer Ventilstange 19 verbunden, die von einer ersten und einer zweiten Federanordnung 21; 23 in der gezeigten Ausgangsstellung gehalten wird. Die erste Federanordnung 21 stützt sich an der der Übertragungsfeder 15 abgewandten Seite des Federtellers 17 und einer gehäusefesten Führungshülse 25 ab. Für die zweite Federanordnung 23 verfügt die Ventilstange 19 über einen Absatz, wobei sich die zweite Federanordnung 23 ebenfalls an der Führungshülse 25 abstützt.
Die Führungshülse 25 ist über eine Zwischenhülse 27 mit einem Schaltventilgehäuse 29 verbunden, wobei die Zwischenhülse eine Führung für die Ventilstange 19 bildet.
Das Schaltventilgehäuse weist eine deckelseitige Öffnung auf, durch die die Ventilstange 19 mit ihrem endseitigen Ventilelement 19V in eine Arbeitskammer 31 des Schaltventils 7 reicht. Die Arbeitskammer 31 wird von einer ersten Gehäusezwischenwand 33 von einer Druckmittelzufuhrkammer 35 getrennt. Eine zweite Gehäusezwischenwand 37 wiederum trennt die Druckmittelzufuhrkammer 35 von einer Druckmittelabfuhrkammer 39.
In der ersten Gehäusezwischenwand 33 ist eine Ventilöffnung 41 ausgeführt, wobei diese Ventilöffnung 41 von einem Ventilkörper 43 in der Blockierstellung des Schaltventils abgedeckt wird, indem der Ventilkörper 43 als Sitzventil auf einer Ventilsitzfläche der ersten Gehäusezwischenwand 33 anliegt und von einer Vorspannfeder 45 gehalten wird. Die zweite Gehäusezwischenwand 37 weist eine Führung 47 für den Ventilkörper auf, die Dichtmittel 49 zur Verhinderung von Druckmittelleckagen zum Druckmittelabfuhrraum 39 aufweist.
In einem Boden des Schaltventilgehäuses 29 eine Anschlussöffnung für einen Verstellmagneten 51 ausgeführt, dessen Anker 53 durch eine Durchlassöffnung 55 im Ventilkörper 43 auf das Ventilelement 19v wirkt, wobei der Anker 53 und die Ventilstange 19 auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.
Das Ventilelement 19v ist als ein Sitzventil ausgeführt, das sich auf einem Ventilsitz des Ventilkörpers 43 abstützt und die Durchlassöffnung 55 im Ventilkörper 43 steuert.
Für eine Ausrückbewegung der Kupplung 5 ist das Kupplungspedal 11 auszulösen (2), wodurch der Federteller 13 einen Stellweg ausführt, der die Übertragungsfeder 15 vorspannt, so dass auf die Ventilstange 19 als Führungssignal eine Kraft wirkt, die den Ventilkörper 43 gegen die Kraft der Vorspannfeder 45 von der Gehäusewandung 33 abheben lässt. Ein Wegsensor 57 gibt ein Positionssignal der Kupplungsbetätigungseinrichtung 3 als Istwertsignal an einen Signalumwandler 59 ab, dessen Ausgangsgröße die Magnetkraft des Ankers 53 auf das Ventilelement 19v bestimmt. Alternativ kann man auch eine passive Signalerfassung und Signalübertragung vorsehen, indem z. B. als Sensor ein Geberzylinder 58 an dem Kolben 61 angeschlossen ist. Der Geberzylinder steht über eine Arbeitsmittelleitung mit einem Nehmerzylinder 60 in Verbindung, der die Volumenverschiebung am Geberzylinder 58 auf eine Feder 62 zur Erzeugung einer Kraft überträgt. Das Positionssignal folgt der Ausrückbewegung, so dass die Führungskraft der Übertragungsfeder 15 größer ist als die Magnetkraft des Ankers 53. Folglich besteht eine Strömungsverbindung durch die Ventilöffnung 19 zwischen dem Druckmittelzufuhrraum und der Arbeitskammer 31, so dass Druckmedium in die Kupplungsbetätigungseinrichtung 3 gefördert wird und die Kupplung 5 geöffnet wird, bis wieder ein Kräftegleichgewicht vorliegt.
Wenn das Kupplungspedal 11 wieder in seine Ausgangsstellung (1) gebracht wird und die Kupplung den eingerückten Zustand einnehmen soll, dann besteht ein Kraftüberschuss zwischen der Magnetkraft des Verstellmagneten 51 und der Kraft der Übertragungsfeder 15. Dieser Kraftüberschuss führt dazu, dass das Ventilelement 19v von dem Anker 53 von dem Ventilkörper 43 abgehoben wird, wie in der 3 dargestellt ist. In dieser Stellung des Ventilelements 19V ist die Arbeitskammer 31 über die Durchlassöffnung 55 im Ventilkörper 43 mit dem Druckmittelabfuhrraum verbunden, so dass die Kupplungsbetätigung wieder ihre Ausgangsstellung nach 1 einnehmen kann. Der Ventilkörper 43 blockiert jedoch die Strömungsverbindung zwischen der Druckmittelzufuhrkammer und der Arbeitskammer 31.
Bei einem Verschleiß der Kupplung 5 verändert sich ohne eine Verschleissausgleichseinrichtung die Ausgangsstellung eines Kolbens 61 innerhalb eines Zylinders 63. Der Ausrückweg der Betätigungseinrichtung bleibt jedoch nahezu konstant. Das Betätigungssystem ist derart abgestimmt, dass bei einem Kupplungspedalweg 0 auch der Wegsensor ein Istsignal mit der Größe „0" ausgeben soll, so dass für das Schaltventil der Kupplungsverschleiß kompensiert ist.

Claims

Schaltventil für eine Kupplungsbetätigungseinrichtung, umfassend mindestens einen Anschluss zur Druckmittelzufuhr und mindestens einen Anschluss zur Druckmittelabfuhr, wobei das Schaltventil mindestens zwei Schaltstellungen in Abhängigkeit eines Führungssignals und eines Istsignals der Kupplungsbetätigungseinrichtung einnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilkörper (43) über eine in einer Ausgangsstellung zentrierten Ventilstange (19) in eine Schaltstellung bewegt wird, wobei zumindest mittelbar auf die Ventilstange (19) eine Federkraft als Führungssignal und eine das Istsignal der Kupplungsbetätigungseinrichtung repräsentierende entgegengerichtete Magnetkraft wirkt.
Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (19) durch mindestens eine Federanordnungen (21; 23) in eine Ausgangsstellung vorgespannt wird.
Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anker (53) eines Verstellmagneten (51) auf die Ventilstange (19) wirkt.
Schaltventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (53) und die Ventilstange (19) auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.
Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (43) von einer Vorspannfeder (45) in eine Blockierstellung vorgespannt wird.
Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (43) als Sitzventil ausgeführt ist.
Schaltventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilsitzfläche für den Ventilkörper (43) von einer Gehäusezwischenwand (33) gebildet wird.
Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (19) mit einem Ventilelement (19V) zusammenwirkt, das eine Ventilstellung des Schaltventils (7) bestimmt.
Schaltventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (19V) als ein Sitzventil ausgeführt ist.
Schaltventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilsitz für das Ventilelement (19V) von dem Ventilkörper (43) gebildet wird.
Schaltventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (43) mindestens eine Durchlassöffnung (55) aufweist, die von dem Ventilelement gesteuert wird.
Schaltventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventilgehäuse (29) mindestens drei Gehäuseabschnitte aufweist, wobei der Ventilkörper (43) zwischen einer Druckmittelzufuhrkammer (35) und einer Druckmittelabfuhrkammer (39) abgedichtet ist.