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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Zwischenzylinder für eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung, wobei der Zwischenzylinder über eine erste Druckleitung mit einem Geberzylinder und über eine zweite Druckleitung mit einem Nehmerzylinder hydraulisch verbunden ist, umfassend ein Zylindergehäuse, einen Elektromotor, eine Gewindespindel, wobei die Gewindespindel mit dem Elektromotor antriebswirksam verbunden ist, sowie einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben, wobei der erste Kolben und der zweite Kolben innerhalb des Zylindergehäuses angeordnet sind und sich durch die Anordnung des ersten Kolbens und des zweiten Kolbens in dem Zylindergehäuse eine erste Hydraulikkammer ersten hydraulischen Volumens und eine zweite Hydraulikkammer zweiten hydraulischen Volumens ausbilden.
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Stand der Technik
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Herkömmliche hydraulische Betätigungsvorrichtungen für Kraftfahrzeugkupplungen, insbesondere Reibkupplungen, weisen einen Geberzylinder und einen Nehmerzylinder auf. Der Geberzylinder ist an einen mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Ausgleichsbehälter angeschlossen und umfasst einen Geberkolben, der über ein Betätigungsorgan, wie ein Kupplungspedal, mit Kraft beaufschlagbar und verschiebbar ist. Der Geberzylinder und der Nehmerzylinder sind über eine Druckleitung hydraulisch verbunden. Bei dem Nehmerzylinder kann es sich beispielsweise um einen Nehmerzylinder mit einem zylindrischen Kolben oder aber um einen sogenannten Zentralausrücker mit einem in Bezug auf eine Getriebeeingangswelle konzentrisch angeordneten Ringkolben handeln. Wird das Kupplungspedal durch den Kraftfahrzeuglenker gedrückt, d.h. mit dem Fuß betätigt, so wird der im Geberzylinder erzeugte Druck über die Flüssigkeitssäule in der Druckleitung auf den Nehmerzylinder übertragen. Im Ergebnis wird das Ausrückelement der Kupplung über den Nehmerzylinderkolben mit einer Betätigungskraft beaufschlagt, um über einen Ausrückmechanismus die Kupplungsdruckplatte zu versetzen und somit den Motor von dem Getriebe des Kraftfahrzeugs zu trennen.
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Kraftfahrzeuge jeglicher Art werden immer stärker motorisiert, wodurch die Kraftfahrzeugkupplungen immer höhere Drehmomente übertragen müssen. Im Ergebnis werden die Kraftfahrzeugkupplungen immer stärker dimensioniert, was mit einer enormen Erhöhung der Betätigungskraft zum Ausrücken der Kraftfahrzeugkupplung einhergeht. Bei einer konventionellen hydraulischen Betätigungsvorrichtung, wie oben beschreiben, führt dies zu einem hohen Kraftbedarf am Kupplungspedal, wodurch das Bediengefühl des Kupplungspedals für den Kraftfahrzeuglenker erheblich negativ beeinflusst wird.
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Im Stand der Technik sind dazu Lösungen bekannt, bei denen beispielsweise der Geberkolben des Geberzylinders stets, zum Beispiel
US 4,918,921 , oder wahlweise, zum Beispiel
US 5,002,166 , über ein mittels eines Elektromotors antreibbares Getriebe kraftbeaufschlagbar und verschiebbar ist. Grundsätzlich lassen sich bei derartigen elektrohydraulischen Betätigungsvorrichtungen für Kupplungen drei Betätigungsmodi realisieren, nämlich ein erster Modus, in dem die Kupplung lediglich über die Pedalkraft ohne elektrische Unterstützung betätigt wird, ein zweiter Modus, in dem die Kupplung nur über den Elektromotor betätigt wird sowie ein dritter Modus, in dem die Kupplungsbetätigung über das Kupplungspedal durch den Elektromotor elektrisch unterstützt wird. Durch den Einsatz eines solchen Hilfsaktuators, nämlich des Elektromotors, erfährt der Kraftfahrzeuglenker an dem Kupplungspedal jedoch keine den Ausrückzustand der Kupplung wiederspiegelnde Rückmeldung.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen elektrohydraulischen Zwischenzylinder für eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung anzugeben, der es einem Kraftfahrzeuglenker ermöglicht, trotz zusätzlicher elektrischer Kupplungsaktuierung, ein Kupplungspedal kraftoptimiert sowie präzise zu betätigen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen elektrohydraulischen Zwischenzylinder für eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung gemäß den Merkmalen des unabhängigen ersten Anspruchs. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist der Zwischenzylinder über eine erste Druckleitung mit einem Geberzylinder und über eine zweite Druckleitung mit einem Nehmerzylinder hydraulisch verbunden.
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Der Zwischenzylinder umfasst, entsprechend der vorliegenden Erfindung, ein Zylindergehäuse, einen Elektromotor, eine Gewindespindel, wobei die Gewindespindel mit dem Elektromotor antriebswirksam verbunden ist, sowie einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben. Der erste Kolben und der zweite Kolben sind erfindungsgemäß innerhalb des Zylindergehäuses angeordnet und durch die Anordnung des ersten Kolbens und des zweiten Kolbens in dem Zylindergehäuse bilden sich eine erste Hydraulikkammer ersten hydraulischen Volumens und eine zweite Hydraulikkammer zweiten hydraulischen Volumens aus.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind der erste Kolben und der zweite Kolben derart auf der Gewindespindel angeordnet, dass sowohl der erste Kolben, wie auch der zweite Kolben über den Elektromotor und die Gewindespindel ausgehend von einer jeweiligen ersten Position in eine jeweilige zweite Position, oder umgekehrt, axial bewegbar sind. Erfindungsgemäß ist der erste Kolben zusätzlich, unabhängig von dem zweiten Kolben, ausgehend von der jeweiligen zweiten Position hydraulisch in die jeweilige erste Position axial bewegbar.
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Die Begrifflichkeit „axial“ entspricht einer Richtung entlang oder parallel zu einer Längsachse des Zwischenzylinders.
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Ein Auskuppeln der Kraftfahrzeugkupplung erfolgt über ein Drücken des Kupplungspedals durch den Kraftfahrzeuglenker. Dieser Auskuppelvorgang wird wahlweise durch den Elektromotor unterstützt indem er über die Gewindespindel die beiden Kolben, nämlich den ersten Kolben und den zweiten Kolben, von einer jeweiligen ersten Position in eine jeweilige zweite Position bewegt. Um das Drücken des Kupplungspedals mit dem Fuß für den Kraftfahrzeuglenker durch die elektrische Hilfsaktuierung nicht zu kraftintensiv wirken zu lassen, d.h. ein leichtes, kraftoptimiertes Drücken des Kupplungspedals zu gewährleisten, kann der erste Kolben ausgehend von der jeweiligen zweiten Position hydraulisch in die jeweilige erste Position bewegt werden. In dieser Stellungskombination, d.h. der zweite Kolben in der jeweiligen zweiten Position und der erste Kolben in der jeweiligen ersten Position, ist die Kupplung ausgekuppelt.
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Durch ein Loslassen des Kupplungspedals ist der zweite Kolben elektrisch in die jeweilige erste Position bewegbar und die Kupplung wird geschlossen, d.h. eingekuppelt.
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Die axiale Bewegung des ersten Kolbens von der jeweiligen zweiten Position in die jeweilige erste Position ist erfindungsgemäß durch einen auf der Gewindespindel fest angeordneten ersten Anschlag begrenzt. Der erste Anschlag kann auch integrativ mit der Gewindespindel, d.h. einteilig mit dieser, ausgebildet sein. Durch die Ausbildung des ersten Anschlags ist die Summe der hydraulischen Volumina der ersten Hydraulikkammer und der zweiten Hydraulikkammer unabhängig von der jeweiligen Position des ersten Kolbens und der jeweiligen Position des zweiten Kolbens innerhalb des Zylindergehäuses gleichbleibend.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung des elektrohydraulischen Zwischenzylinders erlaubt eine kraftoptimierte sowie präzise Steuerung eines Auskuppelvorgangs einer Kraftfahrzeugkupplung durch den Kraftfahrzeuglenker. In der ausgekuppelten Position der Kraftfahrzeugkupplung erfährt der Kraftfahrzeuglenker eine für diesen Kupplungszustand repräsentative Rückmeldung am Kupplungspedal. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des elektrohydraulischen Zwischenzylinders wird das gesamte hydraulische Volumen innerhalb des Zwischenzylinders konstant gehalten und so immer genau das für das Betätigen der Kraftfahrzeugkupplung nötige hydraulische Volumen zur Verfügung gestellt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Kolben in der jeweiligen ersten Position über ein erstes elastisches Element entgegen einem zweiten Anschlag, wie beispielsweise einem auf der Gewindespindel fest angeordneten Sicherungsring oder einem einteilig mit der Gewindespindel ausgebildeten Absatz, vorgespannt. Das erste elastische Element ist vorzugsweise als eine Flachfeder ausgebildet.
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Im Allgemeinen ist in dem vorliegenden Zusammenhang unter der Begrifflichkeit „Anschlag“ jegliche konstruktive Maßnahme zu verstehen, die eine axiale Bewegung bis zu der Stelle des jeweiligen Anschlags erlaubt, jedoch nicht darüber hinaus.
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Weiterhin bevorzugt ist der zweite Kolben axial verschiebbar auf der Gewindespindel angeordnet und in der jeweiligen zweiten Position über ein zweites elastisches Element in Richtung der jeweiligen ersten Position vorgespannt. Das zweite elastische Element ist vorzugsweise als eine Schrauben-Druckfeder ausgebildet.
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Der erste Kolben und der zweite Kolben sind somit über den Elektromotor und die Gewindespindel im Zusammenspiel mit dem ersten elastischen Element und/oder dem zweiten elastischen Element ausgehend von einer jeweiligen ersten Position in eine jeweilige zweite Position, oder umgekehrt, axial bewegbar.
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Durch die vorteilhafte Anordnung des ersten elastischen Elements ist es möglich den elektrischen Hilfsaktuierungsvorgang zu unterstützen und somit kann ein kleiner dimensionierter Elektromotor eingesetzt werden, was sich wiederum in niedrigeren Kosten sowie einem geringeren Bauraumaufwand niederschlägt. Bei einem elektrischen Kuppelvorgang, nämlich Einkuppeln und/oder Auskuppeln der Kraftfahrzeugkupplung, wird die in den beiden elastischen Elementen gespeicherte Energie zwischen den beiden elastischen Elementen verlagert.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
- Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Zwischenzylinders.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Der in Fig. dargestellte elektrohydraulische Zwischenzylinder 1 ist über eine erste Druckleitung 2 mit einem Geberzylinder (nicht dargestellt und über eine zweite Druckleitung 3 mit einem Nehmerzylinder (nicht dargestellt) hydraulisch verbunden. Die Zylinder sind somit hydraulisch in Reihe geschaltet, wobei der elektrohydraulische Zwischenzylinder 1 zwischen dem Geberzylinder und dem Nehmerzylinder angeordnet ist.
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Der elektrohydraulische Zwischenzylinder 1 umfasst einen Elektromotor 5, ein Zylindergehäuse 4 mit zwei darin angeordneten Kolben, nämlich einem ersten Kolben 7 und einem zweiten Kolben 8, und eine Gewindespindel 6.
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Die Gewindespindel 6 ist einen Ends antriebswirksam mit dem Elektromotor 5 verbunden und andern Ends sind auf der Gewindespindel 6 der Reihe nach der erste Kolben 7 und der zweite Kolben 8 angeordnet. Die Gewindespindel 6 dient dazu eine Drehbewegung des Elektromotors 5 in eine Linearbewegung der beiden Kolben 7, 8 umzuwandeln. Die Gewindespindel umfasst eine Mutter 15, Kugeln (nicht dargestellt) und eine Schnecke 16. Die Kugeln sind zwischen der Schnecke 16 und der Mutter 15 angeordnet.
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Die beiden Kolben 7, 8 sind auf der Gewindespindel 6, innerhalb des Zylindergehäuses 4, axial voneinander beabstandet angeordnet.
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Die Begrifflichkeit „axial“ entspricht einer Richtung entlang oder parallel zu einer Längsachse 17 des elektrohydraulischen Zwischenzylinders 1.
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Die erste Position des ersten Kolbens 7 ist über einen zweiten Anschlag 14, nämlich einen Sicherungsring, und einen ortsfesten ersten Anschlag 11 axial auf der Gewindespindel 6 definiert. Der zweite Anschlag 14 bewegt sich mit der Gewindespindel 6 und der erste Kolben 7 ist so zwischen dem zweiten Anschlag 14 und dem ersten Anschlag 11 axial verschiebbar, d.h. je nach Stellung der Gewindespindel 6 und somit des zweiten Anschlags 14 ergibt sich eine variable axiale Bewegung des ersten Kolbens zwischen dem zweiten Anschlag 14 und dem ersten Anschlag 11.Der zweite Kolben 8 ist fest auf der Gewindespindel 6 angeordnet. Die Anordnung des ersten Kolbens 7 und des zweiten Kolbens 8 in dem Zylindergehäuse 4 bedingt die Ausbildung einer ersten Hydraulikkammer 9 ersten hydraulischen Volumens und einer zweiten Hydraulikkammer 10 zweiten hydraulischen Volumens. Die erste Hydraulikkammer 9 wird im Wesentlichen durch das Zylindergehäuse 4 und den zweiten Kolben 8 begrenzt. Die zweite Hydraulikkammer wird im Wesentlichen durch das Zylindergehäuse 4, den zweiten Kolben 8 und den ersten Kolben 7 begrenzt.
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Zwischen dem Zylindergehäuse 4 und dem ersten Kolben 7 ist ein erstes elastisches Element 12, genauer eine Flachfeder, angeordnet, das den ersten Kolben 7 in seiner ersten Position gegen den zweiten Anschlag 14 drückt, d.h. in Richtung zum zweiten Kolben 8 vorgespannt. Zwischen dem Zylindergehäuse 4 und dem zweiten Kolben 8 ist ein zweites elastisches Element 13, genauer eine Schrauben-Druckfeder, angeordnet. Das zweite elastische Element 13 wird in der zweiten Position des zweiten Kolbens 8 gespannt.
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Die axiale Bewegung des ersten Kolbens 7 und des zweiten Kolbens 8 erfolgt somit über den Elektromotor 5 und die Gewindespindel 6 im Zusammenspiel mit dem ersten elastischen Element 12 und/oder dem zweiten elastischen Element 13.
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Bei der elektrischen Aktuierung durch den Elektromotor 5 des elektrohydraulischen Zwischenzylinders 1 wandelt die Gewindespindel 6 die Drehbewegung des Elektromotors 5 in eine axiale Bewegung um - die Gewindespindel 6 verschiebt sich axial - in Bezug auf Fig. nach links, und es kommt zu einer synchronen axialen Bewegung des ersten Kolbens 7 und des zweiten Kolbens 8 des elektrohydraulischen Zwischenzylinders 1 in Bezug auf Fig. nach links. Dabei verringert sich das erste hydraulische Volumen der ersten Hydraulikkammer 9 und das zweite hydraulische Volumen der zweiten Hydraulikkammer 10 bleibt vorerst unverändert. Weiterhin wird während dieser axialen Bewegung in Bezug auf Fig. nach links das erste elastische Element 12 entspannt und das zweite elastische Element 13 gespannt. Durch zusätzliches Drücken des Kupplungspedals durch den Kraftfahrzeuglenker kann der erste Kolben 7, unabhängig von dem zweiten Kolben 8, hydraulisch in seine erste Position axial bewegt werden, in Bezug auf Fig. nach rechts, wobei durch diese axiale Bewegung des ersten Kolbens 7 das erste elastische Element 12 wieder gespannt wird. Diese axiale Bewegung des ersten Kolbens 7 in Bezug auf Fig. nach rechts wird durch einen ersten Anschlag 11 begrenzt. Somit bleibt die Summe der hydraulischen Volumina der ersten Hydraulikkammer 9 und der zweiten Hydraulikkammer 10 konstant.
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Eine Rückbewegung des zweiten Kolbens 8 von seiner zweiten Position in seine erste Position und somit eine Rückbewegung der Gewindespindel 6 ist über den Elektromotor aktuierbar, wobei diese Rückbewegung durch das zweite elastische Element 13, das sich dabei entspannt, unterstützt wird. Die Rückbewegung des zweiten Kolbens von seiner zweiten Position in seine erste Position entspricht stets einem Kraftfahrzeugkupplungszustand in dem die Kraftfahrzeugkupplung eingekuppelt wird, d.h. das Kraftfahrzeugpedal durch den Kraftfahrzeuglenker nicht gedrückt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrohydraulischer Zwischenzylinder
- 2
- Erste Druckleitung
- 3
- Zweite Druckleitung
- 4
- Zylindergehäuse
- 5
- Elektromotor
- 6
- Gewindespindel
- 7
- Erster Kolben
- 8
- Zweiter Kolben
- 9
- Erste Hydraulikkammer
- 10
- Zweite Hydraulikkammer
- 11
- Erster Anschlag
- 12
- Erstes elastisches Element
- 13
- Zweites elastisches Element
- 14
- Zweiter Anschlag
- 15
- Mutter
- 16
- Schnecke
- 17
- Längsachse (des elektrohydraulischen Zwischenspeichers)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4918921 [0004]
- US 5002166 [0004]
