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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Aktor zur Betätigung einer Reibkupplung sowie eine Reibkupplung mit einer Rotationsachse zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Verbraucher, sowie einen Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Aktoren, insbesondere hydrostatische (oder hydraulische) Kupplungsaktoren (HCA - engl.: Hydrostatic Clutch Actuator) bekannt, bei denen ein hydraulischer Kolben in einem hydraulischen Geberzylinder, angetrieben von einem elektrischen Motor, ein hydraulisches Gebersignal beziehungsweise eine Kompression beziehungsweise Verdrängung der hydraulischen Flüssigkeit in dem hydraulischen Zylinder bewirkt. Solch ein Kupplungsaktor ist beispielsweise aus der
EP 2 494 228 B1 bekannt. Der hydraulische Kolben ist mit Gasdichtungen versehen, welche die hydraulische Flüssigkeit von einem gasgefüllten, insbesondere luftgefüllten, Trockenraum trennen. Damit werden insbesondere Reibkupplungen von automatisierten Getrieben betätigt. Bei der Betätigung solcher Reibkupplungen entstehen häufig innerhalb kürzester Zeit plötzliche Volumenänderungen infolge hoher Druckunterschiede aufgrund zum Beispiel der schnellen Betätigung des hydraulischen Kolbens, sowie Temperaturschocks, also plötzliche Temperaturerhöhungen und plötzliche Temperaturverringerungen, aufgrund von Hitzeeinwirkung von zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine oder Abkühlung durch zum Beispiel Wasserschlag von der Straße. Infolge der Volumenvergrößerung im Trockenraum kommt es mitunter zu Gaseinschlüssen in der hydraulischen Flüssigkeit, indem bei einem verursachten Unterdruck in der hydraulischen Flüssigkeit die Gasdichtungen überwunden werden.
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Ein gattungsgemäßer Aktor ist weiterhin aus der
DE 10 2014 220 415 A1 bekannt. Weiter wird, lediglich zu Informationszwecken noch auf die nachangemeldete Druckschrift
DE 10 2014 220 415 A1 der Anmelderin hingewiesen, die einen Geberzylinder mit Abdichtung eines Kobenraumes zeigt.
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Bisher sind keine Gehäusedichtungen bekannt, die den Flüssigkeitseintritt von außen, von zum Beispiel Wasser, zuverlässig verhindern und zugleich einen Druckausgleich mit ausreichender Geschwindigkeit ermöglichen. Beispielsweise ist eine Dichtung mit einer Gore-Membran bekannt, die allerdings nur Ströme von bis zu 15 Litern pro Stunde zulässt und schon bei einer Druckdifferenz von 60 kPa [Kilo-Pascal] über einen Zeitraum von etwa einer halben Minute einen Wassereintritt nicht zuverlässig verhindern kann. Zudem kann die Druckausgleichsfunktion durch Kontakt mit Öl oder Fett komplett ausfallen. Vorliegend werden Ströme von etwa 100 bis 120 Liter pro Stunde benötigt. Zugleich soll ein Eintritt einer Flüssigkeit vollständig unterbunden werden - auch bei größeren Drücken als 60 kPa.
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Hiervon ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung der Aufgabe, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Aktor zur Betätigung einer Reibkupplung, welcher zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- - zumindest einen hydraulischen Zylinder für eine hydraulische Flüssigkeit;
- - zumindest einen Trockenraum;
- - zumindest einen im hydraulischen Zylinder bewegbaren Hydraulikkolben mit einer Betätigungsfläche zur hydraulischen Flüssigkeit und mit einer Rückseite zum Trockenraum; und
- - zumindest einen Luftauslass zum Druckausgleich zwischen dem Trockenraum und einer Umgebung, wobei der zumindest eine Luftauslass zumindest ein Einwegventil, vorzugsweise ein passives Einwegventil umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
der Trockenraum lufteinlasslos ausgeführt ist, so dass Luft über den Luftauslass entweichen aber keine Luft über einen zusätzlichen Lufteinlass oder über den Luftauslass in den Trockenraum eindringt, so dass ein Unterdruck gegenüber der Umgebung innerhalb des Trockenraums entstehen kann.
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Der hier vorgeschlagene hydraulische Aktor ist ein elektrisch angetriebener Geber bevorzugt zur Betätigung einer Reibkupplung. Zu diesem Zweck weist der hydraulische Aktor einen hydraulischen Zylinder auf, in welchem eine hydraulische Flüssigkeit aufnehmbar ist, wobei Gaseinschlüsse in der hydraulischen Flüssigkeit zur Funktionssicherung verhindert werden müssen. Hierzu ist unter anderem eine Konfiguration einsetzbar, bei der auftretende Gaseinschlüsse durch eine Schnüffeleinrichtung abscheidbar sind.
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In dem hydraulischen Zylinder ist ein hydraulischer Kolben vorgesehen, mit dessen Betätigungsfläche Druck auf die hydraulische Flüssigkeit ausübbar ist und infolge einer Verdrängung der hydraulischen Flüssigkeit hydraulisch auf einen Nehmerzylinder übertragbar ist. Bevorzugt ist dieser Hydraulikkolben schnell bewegbar, sodass eine schnelle Betätigung der Reibkupplung möglich ist.
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Der Hydraulikkolben weist eine Rückseite auf, welche zu einem Trockenraum gerichtet ist. Der Trockenraum kennzeichnet sich hierbei dadurch, dass idealerweise keine hydraulische Flüssigkeit vorgesehen ist oder technisch nur ein geringer Teil, welcher, zum Beispiel aus einer Schnüffeleinrichtung, ausgetreten ist. Durch die Bewegung des Hydraulikkolbens wird das von dem Trockenraum eingeschlossene Volumen stets in (antiproportionaler) Abhängigkeit zur Bewegung der hydraulischen Flüssigkeit vergrößert beziehungsweise verkleinert. Wird das Volumen im Trockenraum verkleinert, steigt (ohne Ausgleichsmöglichkeiten) der Druck an, während zugleich im hydraulischen Zylinder der Druck abnimmt. Ein solcher Zustand unterstützt ein Überwinden der Hydraulikdichtung zwischen dem Trockenraum und dem hydraulischen Zylinder, sodass es zu Gaseinschlüssen kommen kann. Zudem kann die Bewegung des hydraulischen Kolbens durch den Widerstand des Gases im Trockenraum behindert werden.
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Um eine Bewegung des Hydraulikkolbens nicht zu behindern, insbesondere auch bei schneller Erwärmung beziehungsweise starkem Gaseintritt über die Schnüffeleinrichtung, und stattdessen auszugleichen, ist ein Luftauslass zwischen dem Trockenraum und einer Umgebung vorgesehen. Bei der vorliegenden Konfiguration wurde entdeckt, dass lediglich verhindert werden muss, dass ein Überdruck in dem Trockenraum dann vorliegt, während ein Unterdruck in dem hydraulischen Zylinder gebildet ist. Nur dieser Zustand führt zu einem Gaseinschluss in der hydraulischen Flüssigkeit. Dazu ist ein passives Einwegventil vorgesehen, welches ein Gas aus dem Trockenraum auslässt, aber kein Gas und vor allem keine Flüssigkeit aus der Umgebung in den Trockenraum einlässt. Das Einwegventil wird hierbei bei Überdruck in dem Trockenraum mittels des Überdrucks selbst, also passiv, geöffnet, sodass ein Gas im Trockenraum über das passive Einwegventil zur Umgebung hin austreten kann. Liegt im Trockenraum im Vergleich zur Umgebung ein Unterdruck vor, so wird die Dichtungswirkung des Einwegventils durch den Überdruck von außen unterstützt. Das passive Einwegventil ist dabei in einer kostengünstigen Ausführungsform bevorzugt derart eingerichtet, dass ein minimaler Druckausgleich in Form von einem Gasaustausch zwischen dem Trockenraum und der Umgebung in beiden Richtungen möglich ist, wobei ein Eintritt von Flüssigkeit oder sonstigem Schmutz sicher verhindert wird.
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Mit dieser Vorrichtung wird auf einfache Weise und mit geringem Bauraum eine zuverlässige Unterbindung von Gaseinschlüssen in der hydraulischen Flüssigkeit erreicht.
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Durch das Vorsehen eines luftauslasslosen Trockenraums wird ferner erreicht, dass der Druck im Trockenraum regelmäßig kleiner oder höchstens gleich dem Druck im Aktorumfeld, dass heißt in der Umgebung ist.
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Der Kolbenraum, dass heißt der Fluidraum ist über Dichtungen, Primär- und Sekundärdichtungen gegenüber dem Trockenraum abgedichtet. Hierbei sind zumindest diese Primärdichtungen oder die Primär- und Sekundärdichtungen am Kolben des Aktors so ausgeführt, dass durch einen Unterdruck im Trockenraum die Dichtwirkung unterstützt wird und die Robustheit des Systems gegenüber Leckageneigungen verbessert wird. Der Aktor weist hierfür ein Dichtungssystem mit den beschriebenen Dichtungen auf, welche den hydraulischen Zylinder gegenüber dem Trockenraum abdichten. Wenigstens eine dieser Dichtungen wirkt dann so mit dem Luftauslass, bzw. dem Einwegventil zusammen, dass die Dichtigkeit dieser Dichtung auf Grund eines entstehenden Unterdruckes verbessert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des hydraulischen Aktors umfasst das zumindest eine passive Einwegventil eine elastische Dichtung mit einer Dichtlippe und einen Ventilkanal, wobei die Dichtlippe axial oder radial anliegend den Ventilkanal in einer Einlassrichtung sperrend gebildet ist.
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Das hier vorgeschlagene Einwegventil weist eine elastische Dichtung auf, die sich insbesondere durch eine bewegliche Dichtlippe kennzeichnet, welche mit Vorspannung axial oder radial in Bezug auf die Luftauslassrichtung am Ventilkanal anliegt. Besonders bevorzugt bringt die Dichtlippe dabei selbsttätig, bevorzugt ohne weitere Hilfsmittel, eine ausreichende Kraft zur Dichtung und damit zum Schutz vor Außeneinflüssen auf. In einer Ausführungsform wird dies mittels einer Vorspannkraft einer Dichtlippe aus einem Kunststoff, bevorzugt einem Elastomer, bewerkstelligt. In einer alternativen Ausführungsform wird zusätzlich ein federnder, bevorzugt metallischer, Kern vorgesehen, welcher zum Beispiel mittels Vulkanisieren verbunden ist. Darüber hinaus weist die Dichtlippe bevorzugt eine quer zum Ventilkanal ausgerichtete Angriffsfläche auf, die zu einem beim Überdruck in dem Trockenraum eine ausreichende Kraft zum Öffnen des Einwegventils erzeugt und zum anderen bei einem Unterdruck in dem Trockenraum der Außendruck die Dichtwirkung der Dichtlippe unterstützt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des hydraulischen Aktors ist die elastische Dichtung im Ventilkanal des zumindest einen passiven Einwegventils mittels eines Deckels positionierbar und sicherbar, wobei bevorzugt die elastische Dichtung mit dem Deckel fest verbunden ist.
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Besonders bevorzugt wird die elastische Dichtung mittels eines Deckels, welcher zum Beispiel aufschraubbar ist, an dem Luftauslass des Trockenraums angebunden. Ganz besonders bevorzugt wird durch den Deckel die nötige Vorspannkraft auf die elastische Dichtung beziehungsweise die Dichtlippe aufgebracht. Ganz besonders bevorzugt ist die elastische Dichtung mit dem Deckel fest verbunden, sodass der Deckel samt der elastischen Dichtung ein separates Bauteil bildet, welches bei der Montage und/oder bei Wartungsarbeiten einstückig von dem Trockenraum trennbar ist. Ganz besonders bevorzugt ist der Deckel mit dem Luftauslass durch eine Klickverbindung verbindbar, sodass eine definierte Vorspannung auf die elastische Dichtung beziehungsweise die Dichtlippe aufgebracht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des hydraulischen Aktors ist zwischen dem zumindest einen Einwegventil und der Umgebung zumindest ein Dichtungslabyrinth anordenbar, wobei das zumindest eine Dichtungslabyrinth bevorzugt in zumindest einem Deckel integriert ist.
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Ganz besonders bevorzugt ist in dem Dichtungsdeckel ein Dichtungslabyrinth vorgesehen, welches einen freien Austritt von aus dem Trockenraum austretenden Gas ermöglicht, aber auf der anderen Seite einen Eintritt von Flüssigkeiten und allgemein Schmutz von außen minimiert. Hierbei soll der minimale Strömungsgesamtquerschnitt des Dichtungslabyrinths dem erwünschten maximalen Ausfluss entsprechen. Im Übrigen muss das Dichtungslabyrinth möglichst ausreichend viele Strömungsumlenkungen aufweisen, sodass eine Flüssigkeit, welche in der Regel tropfenweise eintritt, an einer Annäherung zum Einwegventil gehindert wird. Vorteilhafterweise ist der Austrittsluftstrom durch das passive Einwegventil so groß, dass zumindest eine größere Ansammlung von Flüssigkeit im Dichtungslabyrinth wieder in Auslassrichtung ausgetrieben wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reibkupplung mit einer Rotationsachse zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Verbraucher vorgeschlagen, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- - zumindest ein Reibpaket mit zumindest einer Reibplatte und zumindest einer korrespondierenden Reibscheibe, über welches im angepressten Zustand ein Drehmoment übertragbar ist; und
- - zumindest ein hydraulischer Aktor in einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei mittels des hydraulischen Aktors das zumindest eine Reibpaket elektronisch steuerbar anpressbar und lösbar ist.
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Die Reibkupplung ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment lösbar von einer Abtriebswelle auf einen Antriebsstrang und umgekehrt zu übertragen. Dies wird in der Regel über das zumindest eine Reibpaket erreicht, welches eine axial verschiebbare, in der Regel mit der Abtriebswelle rotationsfeste, Anpressplatte aufweist, die gegen zumindest eine korrespondierende Reibscheibe pressbar ist. Infolge der Anpresskraft ergibt sich eine Reibkraft über die Reibfläche, die multipliziert mit dem mittleren Radius der Reibfläche ein übertragbares Drehmoment ergibt. Für insbesondere automatisierte Getriebe wird an der Reibkupplung ein Einrückvorgang mit hoher Geschwindigkeit gefordert. Zugleich verbrauchen automatisierte Getriebe einen großen Bauraum. Der hier vorgeschlagene hydraulische Aktor trägt dem Rechnung, indem sehr hohe Stellgeschwindigkeiten erreicht werden und zugleich wenig Bauraum benötigt wird. Dabei ist zugleich eine geringe Gefahr von Gaseinschlüssen gegeben und das Ausgleichselement des Trockenraums (das passive Einwegventil) ist auch bei Wasser und Ölbeschlag sicher betreibbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Reibkupplung eine Doppelkupplung, welche bevorzugt nass ausgeführt ist.
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Eine Doppelkupplung trägt der zunehmenden Forderung nach verlustfreier Drehmomentübertragung und hohem Fahrkomfort Rechnung und wird meist automatisiert mit einem Doppelgetriebe betrieben. Diese Komponenten weisen einen hohen Raumbedarf auf und werden besonders schnell beschaltet. Insbesondere eine nasse Doppelkupplung weist wegen der Kühlvorrichtung für das Kühlmedium einen deutlich erhöhten Raumbedarf auf. Hierfür ist der oben beschriebene platzsparende und zuverlässige hydraulische Aktor besonders geeignet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle und eine Reibkupplung in einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung aufweist, wobei die Abtriebswelle zur Drehmomentübertragung mittels der Reibkupplung schaltbar mit zumindest einem Verbraucher verbindbar ist.
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Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein von einer Antriebseinheit, zum Beispiel einer Energiewandlungsmaschine, bevorzugt einer Verbrennungskraftmaschine oder einem Elektromotor, bereitgestelltes und über ihre Abtriebswelle abgegebenes Drehmoment für zumindest einen Verbraucher lösbar, also zuschaltbar und abschaltbar, zu übertragen. Ein beispielhafter Verbraucher ist zumindest ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs und/oder ein elektrischer Generator zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Um das Drehmoment gezielt und/oder mittels eines Schaltgetriebes mit unterschiedlichen Übersetzungen zu übertragen beziehungsweise eine Übertragung zu trennen, ist die Verwendung der oben beschriebenen Reibkupplung besonders vorteilhaft, weil der Gesamtbauraumbedarf gering ist und schnelle Beschaltungen möglich sind, die eine verlustarme Drehmomentübertragung während eines Schaltvorgangs ermöglicht.
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Umgekehrt ist auch eine Aufnahme eines von zum Beispiel einem Antriebsrad eingebrachte Trägheitsenergie, die dann die Antriebseinheit bildet, mittels der Reibkupplung auf einen elektrischen Generator zur Rekuperation, also der elektrischen Speicherung der Bremsenergie, mit einem entsprechend eingerichteten Antriebsstrang umsetzbar. Weiterhin sind in einer bevorzugten Ausführungsform eine Mehrzahl von Antriebseinheiten vorgesehen, die mittels der Reibkupplung in Reihe oder parallel geschaltet beziehungsweise voneinander entkoppelt betreibbar sind, beziehungsweise deren Drehmoment jeweils lösbar zur Nutzung zur Verfügung stellbar ist. Beispiele sind Hybridantriebe aus Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine, aber auch Mehrzylindermotoren, bei denen einzelne Zylinder (-gruppen) zuschaltbar sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches zumindest ein Antriebsrad aufweist, welches mittels eines Antriebsstrangs gemäß der obigen Beschreibung antreibbar ist.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Antriebseinheit, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Reibkupplung kleiner Baugröße zu verwenden. Ähnlich gestaltet sich der Einsatz einer Reibkupplung in motorisierten Zweirädern, für welche eine deutlich gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird.
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Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Der oben beschriebene Antriebsstrang weist eine Reibkupplung besonders geringer Gesamtbaugröße auf. Zugleich ist das System besonders zuverlässig, kostengünstig und wartungsarm.
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Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, die bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: eine schematische Darstellung eines hydraulischen Aktors;
- 2: eine erste Ausführungsform eines Luftauslasses;
- 3: eine Schnittansicht durch einen Deckel;
- 4: eine isometrische Ansicht eines Deckels mit einer Dichtung;
- 5: eine isometrische Ansicht eines Deckels mit Dichtungslabyrinth;
- 6: eine Schnittansicht eines Luftauslasses in Sperrstellung;
- 7: eine Radialdichtung eines Luftauslasses;
- 8: eine Axialdichtung eines Luftauslasses;
- 9: eine Reibkupplung mit hydraulischem Aktor;
- 10: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug; und
- 11: einen hydraulischen Aktor im Schnitt.
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In 1 ist ein hydraulischer Aktor 1 schematisch dargestellt, bei dem ein Elektronikraum 40 sich an einen Mechanikraum 57 anschließt, in dem ein Spindeltrieb 35 mit einer Spindel 36 vorgesehen ist. Der Spindeltrieb 35 ist hierbei mit dem Hydraulikkolben 5 beziehungsweise dessen Rückseite 7 fest verbunden, sodass der Hydraulikkolben 5 in einem hydraulischen Zylinder 3 axial, hier parallel zur Spindel 36 einer Reibkupplung 2 (vergleiche 9) bewegbar ist. Der hydraulische Zylinder 3 ist zum Trockenraum 4 mittels einer inneren Primärdichtung 38 und einer äußeren Primärdichtung 37, sowie einer Sekundärdichtung 39 abgedichtet. Die äußere Primärdichtung 37 ist dabei vornehmlich zur Sicherstellung eines Mindestvolumens in dem hydraulischen Zylinder 3 beziehungsweise des angeschlossenen Hydrauliksystems (hier nicht gezeigt: Hydraulikleitungen und Nehmerzylinder) vorgesehen. Hierzu ist der hydraulische Zylinder 3 mit einem Ausgleichsbehälters 33 verbunden, in welchem hydraulische Flüssigkeit vorgehalten wird. Mittels eines Faltenbalgs 34 wird der Druck im Ausgleichsbehälter 33 auch bei einem sich verändernden Volumen (nahezu) konstant gehalten. Das Volumen im Ausgleichsbehälter 33 wird infolge von Temperatureinflüssen und infolge von einem Ausgleich einer Volumenabnahme im Hydrauliksystem verändert. Tritt in dem hier nicht dargestellten Hydrauliksystem, zum Beispiel infolge von Leckagen, ein Flüssigkeitsverlust auf oder infolge eines Temperatureinflusses eine Volumenabnahme auf, wird bei einer vorbestimmten Stellung ein Ausgleich bei der Primärdichtung 38 zwischen dem Ausgleichsbehälter 33 und dem hydraulischen Zylinder 3 ermöglicht, zum Beispiel mittels einer entsprechenden Umgehungsnut bei der Primärdichtung 38. Die Rückseite 7 des Hydraulikkolbens 5 liegt hierbei im Trockenraum 4 und verringert bei einer Vergrößerung des Volumens im hydraulischen Zylinder 3 das Gesamtvolumen des Trockenraums 4, wodurch der Druck eines in dem Trockenraum 4 vorliegenden Gases, bevorzugt (Umgebungs-) Luft, erhöht wird. Zusätzlich oder unabhängig davon wird von der Umgebung (plötzlich) ein hoher Wärmeeintrag, zum Beispiel von einer Verbrennungskraftmaschine, in den Trockenraum 4 eingetragen, sodass eine plötzliche Volumenzunahme des im Trockenraum vorhandenen Gases auftreten kann. Dieses (plötzlich) entstehende zusätzliche Volumen ist über den hier rein schematisch gezeigten Luftauslass 8 effizient und in großen Mengen schnell abführbar. Dies wird im Detail mit Bezug auf die weiteren Figuren nachfolgend dargelegt.
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In 2 ist ein Luftauslass 8 im Detail im Schnitt gezeigt, bei dem eine axiale elastische Dichtung 11 in einem Ventilkanal 13 parallel zu einer Kanalachse 43 gezeigt ist, sodass ein passives Einwegventil 10 gebildet ist, das ein Gas entlang des Strömungspfads 41 austreten lässt und einen Eintritt von Gas und Flüssigkeiten entlang der Einlassrichtung 14 sperrt. Hier ist die Dichtlippe 12 durch einen Pfeil symbolisiert und in geöffneter Stellung gezeigt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform kann ein Gas nicht direkt entlang der Kanalachse 43 austreten, sondern wird über ein in dem Deckel 15 angeordnetes Dichtungslabyrinth 16 zum Umgebungskanal 42 geleitet und dort an die Umgebung 9 aus dem Trockenraum 4 abgegeben. Der Deckel 15 positioniert hierbei zusätzlich das Einwegventil 10 beziehungsweise die elastische Dichtung. Hier ist weiterhin die Lage einer Schnittansicht A-A, welche in der folgenden 3 gezeigt ist, gekennzeichnet.
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In 3 ist ein Schnitt A-A gezeigt, wie er in 2 dargestellt ist. Hierbei ist das im Deckel 15 gebildete Dichtungslabyrinth 16 gut zu erkennen sowie der einzige gebildete Umgebungskanal 42, über den ein Eintritt und Austritt von einer Flüssigkeit oder einem Gas (beschränkt) möglich ist. Hier ist mit gestrichelter Linie die Lage eines passiven Einwegventils 10 relativ zum Deckel 15 angedeutet. Dieses Bauteil ist symmetrisch zu einer Kanalachse 43 gebildet, wobei dies keine Beschränkung einer geeigneten Ausführungsform eines Deckels 15 ist.
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In 4 ist eine isometrische Ansicht eines Deckels 15 dargestellt, wie er in 2 und 3 gezeigt ist, wobei hier zusätzlich das passive Einwegventil 10 beziehungsweise die elastische Dichtung 11 mit der Dichtlippe 12 gezeigt ist. Zentral zur Kanalachse 43 ist hierbei keine Durchströmung möglich, wie in 2 zu erkennen ist, sondern alleine über die Dichtlippe 12, welche hier bevorzugt axial ausgebildet ist. Hierdurch wird eine Sperrwirkung in Einlassrichtung 14 erreicht. Zudem ist über die Form des Deckels 15 ein Dichtungslabyrinth 16 geschaffen.
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In 5 ist noch mal der Deckel 15 wie in 4 gezeigt, wobei hier das passive Einwegventil 10 nicht dargestellt ist und hierdurch die Sicht auf den Umgebungskanal 42 aus dem Dichtungslabyrinth 16 frei ist.
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In 6 ist eine ähnliche Anordnung wie in 2 gezeigt, wobei hier die Dichtlippe 12 anliegt, sodass in Einlassrichtung 14 ein einströmendes Gas oder eine Flüssigkeit entlang des (hier umgekehrten, von außen anströmenden) Strömungspfads 41 gesperrt ist und nicht von der Umgebung 9 in den Trockenraum 4 eindringen kann.
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In 7 ist eine Konfiguration einer elastischen Dichtung 11 eines Luftauslasses 8 in einem Ventilkanal 13 gezeigt, bei der die Dichtungskraft 44 in Bezug auf die Kanalachse 43 radial ausgerichtet ist. Ein eventuell anströmendes Gas entlang der Einlassrichtung 14 unterstützt die Dichtungswirkung der Dichtlippe 12, sodass kein Gas und keine Flüssigkeit von der Umgebung 9 in den Trockenraum 4 eindringen kann.
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In 8 ist eine Variation eines Luftauslasses 8 gezeigt, bei dem die Dichtungskraft 44 der Dichtlippe 12 in Bezug auf die Kanalachse 43 in axialer Richtung ausgerichtet ist. Auch hier unterstützt ein anströmendes Gas oder eine anströmende Flüssigkeit aus der Umgebung 9 hin zum Trockenraum 4, also in Einlassrichtung 14, die Dichtwirkung der Dichtlippe 12. Zugleich ist ein Ausströmen des Gases entlang des Strömungspfads 41 möglich, indem die Dichtlippe 12 der elastischen Dichtung 11 vom Gasstrom zurückgedrängt wird. Somit ein großer Luftstrom durch den Ventilkanal 13 möglich.
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In 9 ist beispielhaft eine Reibkupplung 2 als (trockene) Doppelkupplung dargestellt, welche mittels eines Nehmerzylinders 55 und jeweils einem ersten Betätigungstopf 53 und einem zweiten Betätigungstopf 54 ein über die Abtriebswelle 18 eingegebenes Drehmoment um die Rotationsachse 17 über das erste Reibpaket 21 auf die erste Ausgangswelle 45 und über das zweite Reibpaket 22 auf die zweite Ausgangswelle 46 abgibt. Das erste Reibpaket 21 setzt sich dabei aus einer ersten Reibplatte 23, einer ersten Reibscheibe 25, einer ersten Zwischenplatte 47 und einer ersten Ausgangsplatte 49 sowie einer zweiten Ausgangsplatte 50, für welche auch Reiblamellen verwendbar sind, zusammen. Das zweite Reibpaket 22 setzt sich in ähnlicher Bauweise aus einer zweiten Reibplatte 24, einer zweiten Reibscheibe 26 und einer zweiten Zwischenplatte 48 sowie einer dritten Ausgangsplatte 51 und einer vierten Ausgangsplatte 52 zusammen. Die Reibpakete 21 und 22 sind über einen hydraulischen Aktor 1 mittels einer Hydraulikleitung 56 automatisiert betätigbar. Hierzu ist der Hydraulikkolben 5 im hydraulischen Zylinder 3 mittels einer Spindel 36 hin und her bewegbar, sodass die Betätigungsfläche 6 eine hydraulische Flüssigkeit im hydraulischen Aktor 1 verdrängt und an den Nehmerzylinder 55 abgibt. Im Trockenraum 4 wird dabei das Volumen durch die Bewegung der Rückseite 7 des Hydraulikkolbens 5 verändert, sodass hierfür ein Luftauslass 8 vorteilhaft ist.
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In 10 ist ein Antriebsstrang 27, umfassend eine Antriebseinheit 28, hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt, eine Abtriebswelle 18, eine Reibkupplung 2 und ein drehmomentübertragend verbundenes linkes Antriebsrad 19 und rechtes Antriebsrad 20, schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang 27 ist hier in einem Kraftfahrzeug 29 angeordnet, wobei die Antriebseinheit 28 mit ihrer Motorachse 32 quer zur Längsachse 31 vor der Fahrerkabine 30 angeordnet ist.
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In 11 ist ein hydraulischer Aktor 1 im Schnitt dargestellt. Es handelt sich um einen sogenannten „hydrostatic clutch actuator“ (HCA). Der Aktor 1 umfasst den hydraulischen Zylinder 3, der über die Dichtungen 37, 38 und 39 vom Trockenraum 4 getrennt ist. Zwischen der Primärdichtung 37 und der Sekundärdichtung 39 liegt eine Schnüffelnut, die eine Verbindung des hydraulischen Zylinders 3 mit dem Reservoir im Behälter 33 ermöglicht, wenn sich der Hydraulikkolben 5 in einer hinteren Ruheposition befindet. Im betätigten Zustand des Aktors 1 wirkt immer von der Zylinderseite aus ein Überdruck im Verhältnis zum Trockenraum 4 auf die Dichtungen 37,38,39, so dass die Dichtlippen an das Gehäuse des Aktors 1 angepresst werden und den Trockenraum 4 abdichten. Sollte es zu einem größeren Druck im Trockenraum 4, als im hydraulischen Zylinder 3 kommen, so könnten die Dichtlippen der Dichtungen 37, 38, 39 umklappen und für eine Undichtigkeit des Trockenraumes 4, gerade auch in einem anschließenden Betätigungsvorgang sorgen.
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Durch die einlasslose Gestaltung des Trockenraumes 4 wird erreicht, dass nur Luft, bzw. Fluid über das Einwegventil 10 in die Umgebung abgegen wird, es aber für den Fall eine Unterdruckes nicht zu einem Druckausgleich zwischen Umgebung 9 und Trockenraum 4 kommen kann. Hierdurch wird erreicht, dass es ausschließlich zu einem Unterdruck im Trockenraum 4 bezogen auf den hydraulischen Zylinder 3 kommt, welcher die Robustheit der Dichtungen 37, 38, 39 verbessert. Durch weitere Effekte, wie z.B. einem Druckantrieb im Trockenraum 4 durch erhöhte Temperaturen wird dieser Effekt noch unterstützt, da diese dazu führen, dass noch mehr Luft oder Fluid den Trockenraum 4 verlässt und den Unterdruck fördert.
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Mit dem hier vorgeschlagenen hydraulischen Aktor ist ein zuverlässiger Luftauslass aus einem Trockenraum ermöglicht, welcher zugleich platzsparend aufgebaut ist und eine robuste Abdichtung des Trockenraums 4 ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydraulischer Aktor
- 2
- Reibkupplung
- 3
- hydraulischer Zylinder
- 4
- Trockenraum
- 5
- Hydraulikkolben
- 6
- Betätigungsfläche
- 7
- Rückseite
- 8
- Luftauslass
- 9
- Umgebung
- 10
- passives Einwegventil
- 11
- elastische Dichtung
- 12
- Dichtlippe
- 13
- Ventilkanal
- 14
- Einlassrichtung
- 15
- Deckel
- 16
- Dichtungslabyrinth
- 17
- Rotationsachse
- 18
- Abtriebswelle
- 19
- linkes Antriebsrad
- 20
- rechtes Antriebsrad
- 21
- erstes Reibpaket
- 22
- zweites Reibpaket
- 23
- erste Reibplatte
- 24
- zweite Reibplatte
- 25
- erste Reibscheibe
- 26
- zweite Reibscheibe
- 27
- Antriebsstrang
- 28
- Antriebseinheit
- 29
- Kraftfahrzeug
- 30
- Fahrerkabine
- 31
- Längsachse
- 32
- Motorachse
- 33
- Behälter
- 34
- Faltenbalg
- 35
- Spindeltrieb
- 36
- Spindel
- 37
- äußere Primärdichtung
- 38
- innere Primärdichtung
- 39
- Sekundärdichtung
- 40
- Elektronikraum
- 41
- Strömungspfad
- 42
- Umgebungskanal
- 43
- Kanalachse
- 44
- Dichtungskraft
- 45
- erste Ausgangswelle
- 46
- zweite Ausgangswelle
- 47
- erste Zwischenplatte
- 48
- zweite Zwischenplatte
- 49
- erste Ausgangsplatte
- 50
- zweite Ausgangsplatte
- 51
- dritte Ausgangsplatte
- 52
- vierte Ausgangsplatte
- 53
- erster Betätigungstopf
- 54
- zweiter Betätigungstopf
- 55
- Nehmerzylinder
- 56
- Hydraulikleitung
- 57
- Mechanikraum
