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Die
Erfindung bezieht sich auf einen konzentrischen Kupplungsnehmerzylinder
für Kraftfahrzeuge.
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Es
ist bekannt, hydraulische Nehmerzylinder zum Steuern des Eingriffs
(Einrückung)
und Lösens (Ausrückung) einer
Reibungskupplung in einem Kraftfahrzeug einzusetzen. Bei manchen
Anwendungen ist es vorteilhaft, den Nehmerzylinder konzentrisch
um eine Eingangswelle des Fahrzeuggetriebes anzuordnen. Derartige
Anordnungen werden allgemein als konzentrische Nehmerzylinder bezeichnet.
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Bekannte
konzentrische Nehmerzylinder umfassen typischerweise ein ringförmiges Gehäuse, welches
die Getriebeeingangswelle umgibt und welches derart an dem Fahrzeug, üblicherweise
dem Getriebegehäuse
oder dem Motor, angebracht ist, dass eine Rotation verhindert wird.
Ein ringförmiger Kolben
ist beweglich in einer Bohrung in dem Gehäuse angebracht und trägt ein Kupplungsausrücklager. Der
Kolben und das Gehäuse
bilden eine Hydraulikkammer, in welche ein hydraulisches Fluid unter Druck
eingeführt
werden kann, um eine Bewegung des Kolbens zu bewirken. Hydraulische
Dichtungen sind zwischen dem Gehäuse
und dem Kolben vorgesehen, um eine Leckage des Hydraulikfluides
zu verhindern.
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Bei
sogenannten Druckkupplungen kann das Lager die Ausrückhebel
einer zugeordneten Kupplung direkt berühren. Bei dieser Anordnung
bewegt eine Verschiebung des Kolbens als Reaktion auf das Treten
eines Kupplungspedals durch einen Fahrer das Lager zu der Kupplung,
um die Hebel zur Ausrück
der Kupplung zu drücken.
Bei einer sogenannten Zugkupplung kann das Lager eine Ausrückhülse mit
einem Gelenkpunkt tragen, die hinter dem Ausrückhebel angreift. Bei dieser
Anordnung zieht eine Verschiebung des Kolbens in Folge des Tretens
eines Kupplungspedals durch einen Fahrer das Ausrücklager
und die Ausrückhülse weg
von der Kupplung, so dass die Ausrückhülse die Hebel zieht, um die
Kupplung auszurücken.
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Bei
einer normalen Verwendung mit laufendem Motor drehen sich die Kupplungsausrückhebel und
das Kupplungsausrücklager
isoliert den Kolben und das Gehäuse
von der Drehbewegung der Hebel. Es gibt aber kein absolut wirksames
Lager und ein gewisses Drehmoment wird auf den Kolben ausgeübt, insbesondere
während
des Trennens und Eingreifens der Kupplung. Diesem Drehmoment muss widerstanden
werden oder der Kolben wird sich in dem Gehäuse drehen, wodurch die Lebensdauer
der hydraulischen Dichtungen, des Kolbens und des Grundkörpers deutlich
verringert wird.
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Bei
manchen bekannten konzentrischen Nehmerzylindern wird der Rotation
des Kolben durch Verwendung von im Querschnitt quadratischen hydraulischen
Dichtungen entgegengewirkt, die mit einem hohen Dichtungsfüllverhältnis angebracht
sind, um eine hohe Last zwischen dem Kolben und dem Gehäuse zu erzeugen.
Dies führt
zu einer starken Hysterese zwischen den Teilen, wodurch eine Rotation
des Kolbens verhindert wird. Diese Hysterese ist aber kein wünschenswertes
Merkmal, da an dem Pedal erhöhte
Lasten erforderlich sind, um die Kupplung zu betätigen, wodurch das Pedalgefühl und dadurch die
Kupplungskontrolle verringert werden.
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Bei
einem bekannten Versuch zur Lösung dieses
Problems sind an dem Nehmerzylindergehäuse Stifte angebracht, die
in Gleiteingriff mit dem Kolben treten, um diesen an einer Rotation
in dem Gehäuse
zu hindern. Diese Anordnung kann den Kolben an einer Rotation hindern
und ermöglicht
die Verwendung von hydraulischen Dichtungen in Form von O-Ringen
mit einem geringeren Füllverhältnis, um dadurch
die Größe der Hysterese
zu verringern. Das Design einer solchen Anordnung ist aber komplex und
umfasst zusätzliche
Komponenten, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden. Außerdem lässt sich
diese Anordnung nicht bei allen Anwendungen einsetzen, da Verpackungsbeschränkungen
ihre Verwendung ausschließen
können.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte oder
andere Form eines konzentrischen Nehmerzylinders vorzuschlagen,
welche manche oder alle der Nachteile der bekannten Anordnungen überwindet
oder wenigstens verringert.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein konzentrischer Nehmerzylinder vorgeschlagen mit einem
Gehäuse,
in dem eine Bohrung ausgebildet ist, einem beweglich innerhalb der
Bohrung angeordneten ringförmigen
Kolben und einem an dem Kolben angebrachten Ausrücklager, wobei wenigstens ein Teil
der Bohrung eine im seitlichen Querschnitt nicht kreisförmige Gestalt
aufweist und der Kolben einen entsprechend geformten Außenumfang
aufweist, so dass er in der Bohrung axial verschiebbar aber nicht drehbar
ist.
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Der
nicht kreisförmige
Abschnitt der Bohrung kann elliptisch oder so geformt sein, dass
drei, vier oder mehr Exzentrizitäten
(Ausbauchungen) ausgebildet sind.
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Der
Zylinder kann eine oder mehrere hydraulischen O-Ring-Dichtungen
aufweisen, die zwischen dem Kolben und dem Gehäuse vorgesehen sind.
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Die
Bohrung kann eine gestufte Bohrung mit einem ersten Abschnitt mit
einem größeren Querschnitt
und einem zweiten Abschnitt mit einem kleineren Querschnitt sein
und der Kolben kann entsprechend abgestuft sein, so dass er einen
ersten Kolbenabschnitt, der für
den Eingriff mit dem ersten Abschnitt der Bohrung dimensioniert
ist, und einen zweiten Kolbenabschnitt, der für den Eingriff mit dem zweiten
Abschnitt der Bohrung dimensioniert ist, aufweist. Beide Abschnitte
der Bohrung können
in Querschnitt nicht kreisförmig
sein und beide Kolbenabschnitte können ein entsprechend geformtes
Außenprofil
aufweisen, welches nicht drehbar in den jeweiligen Abschnitten der
Bohrung aufgenommen ist. Der Zylinder kann eine erste hydraulische
O-Ring-Dichtung aufweisen, die zwischen dem ersten Abschnitt des
Kolbens und dem Gehäuse
vorgesehen ist, und eine zweite hydraulische O-Ring-Dichtung, die
zwischen dem zweiten Abschnitt des Kolbens und dem Gehäuse vorgesehen
ist. Die erste O-Ring-Dichtung kann
in einer Nut in dem Außenumfang
des ersten Kolbenabschnitts angeordnet sein, um in Kontakt mit einer
Oberfläche
des Gehäuses,
welche den ersten Abschnitt der Bohrung bildet, zu treten. Die zweite O-Ring-Dichtung
kann in einer Nut in der Oberfläche des
Gehäuses,
welche den zweiten Abschnitt der Bohrung bildet, angeordnet sein,
um in Kontakt mit einer Außenfläche des
zweiten Kolbenabschnitts zu treten.
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An
dem Lager kann eine Ausrückhülse angebracht
sein, um in Kontakt mit den Ausrückhebeln
einer zugeordneten Kupplung zu treten.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiel
und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf einen konzentrischen Nehmerzylinder gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2 einen
Schnitt durch den Zylinder gemäß 1 entlang
der Linie A-A,
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3 eine
Explosionsdarstellung des Zylinders gemäß den 1 und 2 und
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4 Draufsichten
auf ein Gehäuse
und einen Kolben, welche einen Teil des Zylinders gemäß den 1 bis 3 bilden
und in 4 nebeneinander angeordnet sind.
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Ein
konzentrischer Kupplungsnehmerzylinder 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Gehäuse 12 mit
einem ringförmigen
Grundkörperabschnitt 14,
in dem eine Durchgangsbohrung 16 ausgebildet ist. Drei
Befestigungsaugen (Anschlussstücke) 18 stehen
radial nach außen
von dem Grundkörperabschnitt 14 vor.
In äußeren Endbereichen
der Anschlussstücke 18 sind
Löcher 20 für die Aufnahme entsprechender
Befestigungselemente, wie Bolzen oder Schrauben (nicht dargestellt),
zur Befestigung des Gehäuses 12 an
dem Teil eines Fahrzeugs vorgesehen. Obwohl es in der Zeichnung
nicht dargestellt ist, wird das Gehäuse 12 typischerweise
an einem Teil eines Getriebegehäuses
oder an dem Motor eines Fahrzeugs derart angebracht, dass es eine Eingangswelle
des Getriebes in bekannter Weise umgibt.
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Die
Bohrung 16 ist eine abgestufte Bohrung mit einem ersten
Abschnitt 22 mit einem größeren Querschnitt und einem
zweiten Abschnitt 24 mit einem kleineren Querschnitt. Der
erste Abschnitt 22 der Bohrung ist in axialer Richtung
des Zylinders länger
als der zweite Abschnitt 24. In der Bohrung ist ein ringförmiger Kolben 26 gleitend
angebracht. Der Kolben umfasst einen ersten Abschnitt 28,
der so dimensioniert ist, dass er mit einer Gleitpassung in den
ersten Abschnitt 22 der Bohrung 16 eingesetzt
ist, und einen zweiten Abschnitt 30, der so dimensioniert
ist, dass er mit einer Gleitpassung in den zweiten Abschnitt 24 der
Bohrung eingesetzt ist. Der zweite Abschnitt 30 des Kolbens
ist in axialer Richtung des Zylinders länger als der erste Abschnitt 28.
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Eine
erste Hydrauliköldichtung 32 ist
in einer Nut 34 in der Außenfläche des ersten Kolbenabschnitts 28 angeordnet,
um in Dichteingriff mit der Oberfläche des ersten Abschnitts 22 der
Bohrung 16 zu treten. Eine zweite Hydrauliköldichtung 36 ist
in einer Nut 38 in der Oberfläche des Gehäuses, die den zweiten Abschnitt 24 der
Bohrung bildet, angeordnet und berührt die Außenfläche des zweiten Abschnitts 30 des
Kolbens. In dem ersten Abschnitt 22 der Bohrung ist zwischen
dem ersten Abschnitt 28 des Kolbens und einer Stufe 42 in
dem Gehäuse
zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 22, 24 der
Bohrung eine Hydraulikkammer 40 ausgebildet. Das Gehäuse 12 weist
einen Einlass 43 auf, mit dem eine Hydraulikleitung von
einem Hauptbremszylinder verbunden werden kann. Der Einlass steht
in Fluidverbindung mit der Kammer 40, so dass Hydraulikfluid unter
Druck von der Hauptzylinderleitung in die Kammer eingebracht werden
kann, wenn ein zugeordnetes Kupplungspedal oder anderes Betätigungsmittel, das
operativ mit dem Hauptzylinder verbunden ist, niedergedrückt wird.
Die Zufuhr von Hydraulikfluid in die Kammer 40 bewegt den
Kolben 26 axial in der Richtung, die in 2 durch
den Pfeil A angedeutet ist, und relativ zu dem Gehäuse, um
eine zugeordnete Kupplung zu lösen
(auszurücken).
An dem Gehäuse
ist mittels Bolzen 45 an dem offenen Ende des ersten Bohrungsabschnitts 22 eine
Platte 44 angebracht, um die Bewegung des Kolbens 26 in
der Richtung des Pfeils A zu begrenzen und den Kolben 26 daran
zu hindern, sich aus der Bohrung 16 zu entfernen.
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Ein
Kupplungsausrücklager 46 ist
an einer inneren Oberfläche
des Kolbens angebracht. Das Ausrücklager 46 ist
ein Kugellager und weist einen äußeren Laufring 48 auf,
der in Anlage an einer Lippe 50 an dem Kolben mit Hilfe
eines Sicherungsrings 52 gehalten wird, der in eine Nut 54 in
der Innenfläche des
Kolbens eingreift. Der konzentrische Nehmerzylinder 10 der
vorliegenden Ausführungsform
ist zu gestaltet, dass er mit einer Zugkupplung und einer ringförmigen Ausrückhülse 56,
die mittels eines weiteren Sicherungsrings 60 an einem
inneren Laufring 58 des Lagers 46 angebracht ist,
verwendet werden kann. Der weitere Sicherungsring 60 ist
in einer Nut 62 in der Außenfläche der Hülse angeordnet, um den inneren
Laufring in Kontakt mit einer Rippe 64 an der äußeren Fläche der
Hülse zu
halten. Die Hülse 56 weist
eine Lippe 66 auf, die hinter den Ausrückhebeln (typischerweise Membranfederfinger)
einer zugeordneten Kupplung angeordnet ist. Die Lippe 66 weist
einen Gelenkpunkt 68 auf, der in Kontakt mit den Innenflächen der
Hebel steht.
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Wenn
beim Betrieb ein Fahrer das Kupplungspedal des Fahrzeugs, mit dem
der Zylinder 10 verbunden ist, tritt (niederdrückt), wird
Hydraulikfluid unter Druck in die Kammer 40 eingebracht.
Dies verschiebt den Kolben 26 axial in der Richtung des
Pfeils A in 2 aus einer Ursprungsposition
mit gelöster Kupplung
(wie dargestellt) in eine vollständig
betätigte
Position, in welcher der Kolben 26 der Platte 44 näher liegt
und möglicherweise
in Kontakt mit dieser steht. Wenn sich der Kolben in der Richtung
des Pfeils A verschiebt, zieht die Lippe 66 an der Ausrückhülse 56 die
Ausrückhebel
entgegen der Vorspannung einer Kupplungsfeder aus einer Kupplungseingriffsposition,
um die Kupplung zu lösen,
wobei die Ausrückhebel
um den Gelenkpunkt 68 schwenken. Wenn der Fahrer das Kupplungspedal freigibt,
greift die Kupplungsfeder wieder an der Kupplung an, wodurch die
Ausrückhebel
zurück
zu ihrer Kupplungseingriffsposition gezogen werden. Die Hebel wirken
auf die Lippe 66 der Ausrückhülse 56, um die Ausrückhülse 56 und
den Kolben 26 in einer entgegen dem Pfeil A gerichteten
Richtung zurück
zu der Kupplungs-Ausrückposition
zu bewegen. Wenn der Kolben 26 zurückgezogen wird, wird das Hydraulikfluid
in der Kammer 40 zurück
in die Hydraulikleitung und den Hauptzylinder verschoben.
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Soweit
bisher beschrieben, ist der konzentrische Nehmerzylinder im Wesentlichen
konventionell. Wie aber am besten aus 4 ersichtlich
ist, hat gemäß der Erfindung
die Bohrung 16 im seitlichen Querschnitt eine nicht kreisförmige Gestalt.
Die Außenumfang 70 des
Kolbens 26 hat, in dem Bereich, in dem er in die Bohrung 16 eingreift,
ein komplementäres
nicht kreisförmiges
Profil, so dass der Kolben 26 an einer Rotation innerhalb
der Bohrung 16 gehindert wird, während er in der Lage ist, in
einer axialen Richtung zu gleiten.
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Da
der Kolben 26 durch die komplementären nicht kreisförmigen Formen
der Bohrung 16 und des Kolbens 26 an einer Rotation
gehindert wird, können die
Hydraulikdichtungen 32, 36 einfach O-Ring-Dichtungen
sein, die einen Punkt- oder
Linienkontakt mit der Oberfläche,
gegen die sie abdichten, herstellen. In dem Kolben und dem Gehäuse kann
ein normales Dichtungsfüllverhältnis vorgesehen
werden. Dies bedeutet, dass zwischen dem Gehäuse und dem Kolben im Vergleich
zu den bekannten konzentrischen Nehmerzylindern mit quadratischen
Profildichtungen mit hohem Dichtungsfüllverhältnis ein verringertes Hystereseniveau
vorliegt. Außerdem
sind keine zusätzlichen
Komponenten erforderlich, um eine Rotation des Kolbens 26 zu
verhindern, so dass die Herstellungs- und Montagekosten nicht wesentlich
erhöht
werden und der Zylinder 10 gemäß der Erfindung mit dem gleichen
Volumen gepackt werden kann wie ein äquivalenter herkömmlicher
konzentrischer Nehmerzylinder, der quadratische Dichtungen und ein
hohes Dichtungsfüllverhältnis erfordert,
um eine Rotation des Kolbens zu verhindern.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
haben sowohl die ersten als auch zweiten Abschnitte 22, 24 der
Bohrung 16 und die entsprechenden ersten und zweiten Abschnitte 28, 30 des
Kolbens komplementäre
nicht kreisförmige
Formen.
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Bei
manchen Ausführungsformen
kann es aber möglich
sein, dass lediglich ein Teil der Bohrung 16 nicht kreisförmig ist
und dass lediglich der Außenumfang
eines entsprechenden Abschnitts des Kolbens eine komplementäre nicht
kreisförmige
Gestalt aufweist.
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Jede
geeignete nicht kreisförmige
Form kann für
die Bohrung 16 und den Kolben 26 verwendet werden,
solange eine wirksame Dichtung zwischen ihnen ausgebildet werden
kann und solange der Kolben sich frei entlang der Bohrung 16 bewegen kann.
Beispielsweise können
die Bohrung 16 und der Kolben 26 eine elliptische
Form aufweisen oder sie können,
wie bei der vorliegenden Ausführungsform, so
ausgestaltet sein, dass sie drei oder mehr gleichmäßig beabstandete
Exzentrizitäten
(Bäuche) 72 aufweisen.
Die Ausgestaltung mit drei Exzentrizitäten, wie es dargestellt ist,
wird als besonders vorteilhaft angesehen, da die Last gleichmäßig um den
Kolben verteilt wird und dennoch keine unnötig komplexe Herstellung erforderlich
ist. Wie dargestellt können
die Exzentrizitäten 72 zwischen
den Befestigungsaugen 18 an dem Gehäuse angeordnet sein. Vorteilhafterweise
ist die nicht kreisförmige
Geometrie des Kolbens und der Bohrung so gestaltet, dass sie die
Verwendung herkömmlicher
kreisförmiger O-Ring-Dichtungen zulässt.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf einen konzentrischen Nehmerzylinder
für eine
Zugkupplung beschrieben wurde, ist die Erfindung in gleicher Weise
bei konzentrischen Nehmerzylindern für Druckkupplungen einsetzbar.
Die Erfindung kann unabhängig
von den Anordnungen zur Betätigung
des Zylinders eingesetzt werden. Bei der Verwendung mit einer Druckkupplung
wird das Ausrücklager
typischerweise an dem Kolben angebracht, so dass es direkt in Kontakt
mit den Ausrückhebeln
einer zugeordneten Kupplung gebracht werden kann, um die Kupplung
zu lösen.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf die gegenwärtig als praktischste und bevorzugt
angesehene Ausführungsform
beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf
die beschriebenen Anordnungen beschränkt ist sondern auch verschiedenen
Modifikationen und äquivalente
Gestaltungen umfasst, die im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung
liegen.