DE3883001T2

DE3883001T2 - Fluid-Stellglied.

Info

Publication number: DE3883001T2
Application number: DE88630211T
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Schisler
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2008-12-01
Also published as: US4795016A; ES2042792T3; EP0371181A1; DE3883001D1; EP0371181B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Fluid-Federn oder -Stellglieder vorgesehen zur Verwendung mit Fluiden, einschließlich inkompressibler und kompressibler Fluide. Insbesondere ist das Fluid-Stellglied in Form eines Walzlappens (Engl. "rolling lobe form"), bei dem eine flexible Membrane axial an einer Außenumfangsoberfläche eines Kolbens rollt oder walzt.
Herkömmliche Luftfedern verwenden eine flexible, luftundurchlässige Membrane, welche auf einige Arten an einem Ende an einem Kolben und am gegenüberliegenden Ende an einem oberen Halter befestigt ist, wobei zwischen den drei Elementen ein interner Arbeitsraum für die Aufnahme des vorgesehenen Fluids gebildet ist. Die Befestigung der gummi-flexiblen Membrane an den starren Bestandteilen ist eine lange bestehende Quelle von Leckage und Versagen von Luftfedern und Luftstellgliedern. Es kann ein flexibles Glied, das eine Wulststruktur an seinen äußeren Enden enthält, zur Befestigung in passend geformten Wulstsitzbereichen der starren Glieder verwendet werden. In anderen allgemeinen Konfigurationen sind die äußeren axialen Enden des flexiblen Gliedes zusammengebunden (Engl.: "banded"), tiefgezogen oder gesenkschmiedet (Engl.: "swaged") oder auf sonstige Weise kompressiv gegen die Außenumfangsfläche der starren Membrane eingerückt, um an beiden Enden eine luftdichte Abdichtung zu bewirken. Beim Betrieb der herkömmlichen Wulst- und tiefgezogenen oder gesenkschmiedeten Luftfederstruktur tritt ein Versagen oder eine Luftleckage am häufigsten an der Verbindungsfläche zwischen dem starren Glied und der flexiblen Membrane auf.
Es ist aus der Reifentechnologie bekannt, daß eine toroidal geformte elastomere Verbundstruktur die einmalige Fähigkeit zeigt, auf Grund der gleichmäßigen Kraftverteilung über die toroidale Form hohem internen Druck zu widerstehen, was dem vorgespannt eingelegten Verstärkungsgewebe ermöglicht, die Kraft gleichmäßig über die sanft gekrümmte toroidale Oberfläche zu verteilen. Ein Reifen ist jedoch ein offenes Toroid, wobei die Autofelge oder das Rad durch die Verwendung von Wulststrukturen im Reifen das Toroid schließen. Diese Erfindung verwendet eine geschlossene toroidal geformte Membrane, die hohen internen Drücken widerstehen kann. Dieses geschlossene Toroid zeigt ferner den deutlichen Vorteil, daß hierbei keine Dichtungen und kein Abdichten für die Konstruktion und den Betrieb der Luftfeder erforderlich sind. Zusätzlich schafft das Fluid-Stellglied der Erfindung einen zentralen Durchgang durch die vollständige axiale Länge des Fluid-Stellglieds, durch das jeglicher Schaft, Stoßdämpfer oder anderes gewünschtes Glied hindurchgehen kann. Diese Konfiguration ist besonders nützlich für solche Anwendungen, wie eine Kupplung, wobei der Antriebsschaft durch das Stellglied hindurchgehen kann. Bremsenanwendungen sind insbesondere auch gut geeignet, da eine zentrale Nabe oder Radachse vorteilhaft durch den zentralen Durchgang hindurchgehen kann. Ein dritter Aspekt der Erfindung des Anmelders ist die Bildung von dualen konzentrischen Wälz- oder Walzlappen, die sich durch einen ringförmigen Kolben ergeben, der sich axial hinein in das und heraus aus dem geschlossenen toroidalen Diaphragma bewegt, um einen inneren Walzlappen und einen äußeren Walzlappen jeweils auf den inneren und äußeren Oberflächen des ringförmigen Kolbens zu bilden. Diese Konfiguration hat den Vorteil einer höheren seitlichen Federkonstante und Stabilität als normale Luftfedern. Sie führt zu einer niedrigeren axialen Federkonstante als bei einfachen Balg- Luftfedern. Sie kann einen Mittelschaft, eine Achse oder Stoßdämpfer enthalten, ohne jegliche Notwendigkeit zur luftdichten Abdichtung.
Die Fluid-Stellglieder dieser Erfindung haben den Vorteil, daß keine luftdichten Dichtungen an einer Federanordnung vom Walzlappen-Typ erforderlich sind. Ferner ist die Konstruktion oder der Aufbau der flexiblen Membrane auf Grund der geschlossenen toroidalen Form des Diaphragmas einfach. Zusätzlich gibt es keine Behinderung in der Mitte der Luftfeder oder des Stellgliedes, und ein Strukturelement der Apparatur, in der sie bzw. es verwendet wird, kann durch den zentralen Durchgang hindurchgehen.
Aus der DE-A-2 923 487 es ist bekannt, ein Fluid-Stellglied vorzusehen, das ein geschlossenes toroidales Diaphragma, einen Fluid-Anschluß, der durch das Diaphragma hindurchgeht, und einen ringförmigen Zylinder enthält, wobei sich das Stellglied über einen vorbestimmten Hub längs einer Achse bewegt, wobei der Kolben Innen- und Außenwände mit einem Durchschnittsdurchmesser hat, der kleiner als der Außendurchmesser und größer als der Innendurchmesser des Diaphragmas ist, und wobei der Kolben und das Diaphragma über den vorbestimmten Hub axial relativ zueinander beweglich sind.
WO 88/03235 veranschaulicht die Verwendung eines offenen toroidalen Diaphragmas bin einem Hydraulikkupplung-Betätigungssystem unter Verwendung eines derartigen Diaphragmas in einem Hauptzylinder zum Druckbeaufschlagen eines ähnlichen Diaphragmas in einem entfernt angeordneten Hilfszylinder.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die vorangestellten Vorteile können durch Verwendung eines Fluid-Stellgliedes verwirklicht werden, wie es im Anspruch 1 definiert ist. Besondere Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die Stellglieder der Erfindung können in einer Vielzahl von Bremsen- und Kupplungsanwendungen für Leistungs- oder Kraftübertragungsvorrichtungen verwendet werden, die ein Gehäuse; ein Antriebsglied, das in dem Gehäuse angeordnet ist und Drehkraft in das Gehäuse hinein überträgt; ein Abtriebsglied, das angrenzend an das Antriebsglied angeordnet ist und Drehkraft aus dem Gehäuse heraus überträgt; in dem Gehäuse angeordnete Mittel zum Reibungseingriff von Antriebsglied und Abtriebsglied mit der Fähigkeit, Drehkraft vom Antriebsglied zum Abtriebsglied zu übertragen; in dem Gehäuse angeordnete Mittel zum Reibungsausrücken von Antriebsglied und Abtriebsglied; ein in dem Gehäuse angeordnetes Fluid-Stellglied mit einem offenen Durchgang durch das Stellglied koaxial zu einer Betätigungsachse und mit einem geschlossenen toroidalen Diaphragma aus einem robusten flexiblen Elastomer mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser, wobei das Diaphragma einen Fluid-Arbeitsraum einschließt; einen ringförmigen Kolben mit innen- und Außenwänden mit einem Durchschnittsdurchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser und größer als der Innendurchmesser des Diaphragmas ist, wobei der Kolben über den vorbestimmten Hub axial beweglich ist, wodurch das Diaphragma auf den Innen- und Außenwänden deformiert wird, um aus der Diaphragma-Wand ein konzentrisches Paar von Walzlappen (Engl.: "rolling lobes") zu bilden, die über die Innen- und Außenwände rollen oder walzen; einen ringförmigen Zylinder mit einem Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des geschlossenen toroidalen Diaphragmas ist und der innerhalb des Durchgangs durch das toroidale Diaphragma angeordnet ist und eine innere Zwangsführung für den radial innersten Walzlappen des konzentrischen Paares Walzlappen bildet; und einen Fluid- Anschluß enthalten, der durch das toroidale Diaphragma in Verbindung mit dem Fluid-Arbeitsraum hindurchgeht, so daß druckbeaufschlagtes oder Druck-Fluid hinein in den und heraus aus den bzw. dem Fluid-Arbeitsraum strömen kann, wobei das Stellglied eine erste und eine zweite Position aufweist, wobei die erste Position erreicht wird, wenn ein druckbeaufschlagtes oder Druck-Fluid durch den Fluid- Anschluß in den Arbeitsraum eingespritzt wird, um das Gummi-Diaphragma in eine expandierte Position auszudehnen, um dadurch die Mittel zum Reibungseingriff des Antriebsgliedes mit dem Abtriebsglied zu betätigen, und wobei die zweite Position erreicht wird, wenn das druckbeaufschlagte Fluid durch den Fluid-Anschluß aus dem Arbeitsraum ausgestoßen wird, um dadurch das Diaphragma auf ein Maß zu reduzieren, das kleiner ist als die expandierte Größe, um dabei die Mittel zum Reibungsausrücken des Antriebsgliedes von dem Abtriebsglied zu betätigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der einfachsten Ausführung des Fluid-Stellgliedes der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des Stellgliedes von Fig. 1.
Fig. 3 ist eine vereinfachte Schematik einer Kupplungs- oder Bremsenanordnung, die ein Stellglied verwendet, das in einer ausgerückten Position ähnlich den Fig. 1 und 2 gezeigt ist.
Fig. 4 ist die Anordnung von Fig. 3, gezeigt in einer Eingriffsposition.
Fig. 5 ist eine Kupplungsanordnung im Querschnitt unter Verwendung eines Stellgliedes dieser Erfindung.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht eines vorwärts verjüngten ringförmigen Kolbens.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines ringförmigen Zylinders, der sich in eine konische Form verjüngt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Fluid-Stellglied 10 der Erfindung. Das Diaphragma 12 ist eine geschlossene toroidale Form, in der die Wand 14 einen Arbeitsraum 16 einschließt. Das Diaphragma 12 ist hauptsächlich aus einer Matrix aus robustem, anpassungsfähigem oder flexiblem, spannkräftigem oder elastischem Elastomer hergestellt. Das Elastomer kann jeglicher der herkömmlich verwendeten synthetischen oder natürlichen Gummis sein. Bei einigen Anwendungen können auch Thermoplast-Elastomere aus jeglicher der Anzahl von Familien verwendet werden, die bekannt sind. Die Auswahl des Typs von Elastomer ist eine Funktion einer Anzahl von Parametern einschließlich Walklebensdauer, internem Arbeitsdruck, chemischer Beständigkeit, Umweltbeständigkeit, einschließlich Oxydation und Ozon, Thermoservice- oder Wärmebetriebsbedingungen und vielen anderen Faktoren, die durch die besondere Anwendung bestimmt ist, in der das Stellglied 10 oder die Luftfeder verwendet wird. Durch die Beschreibung hindurch wird der Ausdruck Stellglied gebraucht, um die Struktur 10 der Erfindung zu charakterisieren, aber es ist verständlich, daß dieser Ausdruck Stellglied sinnverwandt und austauschbar mit dem Ausdruck Luftfeder, Fluid-Feder oder Luftbalg ist, die häufig gebrauchte Namen für in funktioneller Hinsicht ähnliche aber strukturell verschiedene Vorrichtungen sind. Die Wand 14 des Diaphragmas 12 besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von Verstärkungsgeweben, die innerhalb der Elastomer-Matrix 18 eingebettet sind. Ein Paar von Gewebeschichten 20 und 22 sind in Fig. 2 gezeigt. Um einen maximalen Betriebsdruckbereich zu erreichen, sind die Gewebe vorzugsweise in einer winkelmäßig geschnittenen (Engl.: "bias angled") Beziehung zur Achse 23 des Stellgliedes angeordnet. Diese Verwendung von vorgespannten eingelegten Verstärkungsgeweben, wie quadratisch gewebte (Engl.: "square woven") und Cord-Gewebe, ist in der Luftfedertechnik gut bekannt und spezifische Einzelheiten einer solchen Gewebe- Schnittwinkelauswahl (Engl.: "fabric bias angle selection") und das Identifizieren der einzelnen Cord-Gewebe sind in der Technik bekannt. Die Gewebeschichten widerstehen der auswärtsgerichteten Kraft F, die durch die Wirkung des internen Druckes P im internen Arbeitsraum 16 des Diaphragmas ausgeübt wird. Das geschlossene toroidale Diaphragma hat einen Innendurchmesser D&sub4; und einen Außendurchmesser D&sub3;, die jeweils die aufgeblähten Durchmesser des Diaphragmas repräsentieren. Ein ringförmiger Zylinder 24 ist mit einem internen Durchgang 26 versehen. Der Zylinder 24 hat einen Außendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser D&sub4; des Diaphragmas 12 ist. Der Zylinder 24 dient zum Zurückhalten oder Erhalten der innenseitigen radialen Expansion des toroidalen Diaphragmas 12. Die außenseitige Außenumfangsoberfläche 28 des Zylinders 24 kann wahlweise mit Auszackungen 30 versehen sein, die kompressiv gegen die Oberfläche des innenseitigen Durchmessers des Diaphragmas 12 eingerückt sind, um axiale Verschiebungen des Diaphragmas relativ zum Zylinder 24 Über den Hub 32 des Stellgliedes 10 zu verhindern.
Der ringförmig Kolben 40 hat einen mittleren Durchmesser D&sub5;, der größenmäßig zwischen dem Innendurchmesser D&sub4; und Außendurchmesser D&sub3; des Diaphragmas 12 liegt. Dieses Verhältnis des ringförmigen Kolbens und des Diaphragmas ist ein wesentliches Verhältnis, da sich der ringförmige Kolben 40 axial hinein in das und heraus aus dem Diaphragma bewegt und dabei einen inneren Walzlappen (Engl.: "rolling lobe") 42 und einen äußeren Walzlappen 43 erzeugt, die sich aufwärts und abwärts auf der inneren Oberfläche 44 und äußeren Oberfläche 45 des ringförmigen Kolbens 40 bewegen. Dieses einzigartige Paar von konzentrischen Walzlappen unterscheidet die Wirkung dieses Stellgliedes 10 von allen anderen Arten von Walzlappen- Luftfedern. Der Durchmesser des inneren Lappens ist als D&sub1; bezeichnet und wird an der niedrigsten axialen Ausdehnung des inneren Lappens 42 während seiner Bewegung über den Hub 32 des Stellgliedes gemessen. Ähnlich wird der Durchmesser D&sub2; des äußeren Lappens 43 an der niedrigsten axialen Ausdehnung des Diaphragmas an einem einzelnen axialen Punkt im Hub 32 gemessen. Es ist deutlich, daß der wirkungsvolle Bereich der Luftfeder einheitlich über den axialen Hub 32 des Stellgliedes sein kann, wenn die Innen- und Außenwände 44 und 45 des ringförmigen Kolbens 40 parallel zur äußeren Außenumfangsoberfläche 28 des Zylinders 24 liegen. In diesem Sonderfall ist der ringförmige Kolben über seine Länge ein ringförmiger Zylinder und das Stellglied hätte eine einheitliche Kraft über seinen Hub.
Es ist klar, daß die Beziehung der Innen- 44 und Außenwände 45 des ringförmigen Kolbens 40 ein Winkel relativ zum Zylinder 24 sein kann, wodurch ein variabler wirksamer Bereich über den Hub des Stellgliedes erzeugt wird. Dies ändert die Belastungsfähigkeit und die Federkonstante des Stellgliedes über seinen Hub. Diese Oberflächen 44 und 45 können rückwärts oder vorwärts (wie in Fig. 6 gezeigt) relativ zum Zylinder 24 verjüngt sein. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß ein variabler Bereich durch Verjüngen des Zylinders in eine ringförmige Kegelform (wie in Fig. 7 gezeigt) erhalten werden kann, um einen variablen wirkungsvollen Bereich über den Hub zu bewirken. Die radial äußere Außenumfangsoberfläche würde einen spitzen Winkel mit der Achse bilden, abhängig von den einzelnen gewünschten Merkmalen der Anmeldung, und diese Oberflächen können speziell maßgefertigt sein, um eine gegebene Last-Ablenkungskurve zu erzeugen. Der wirksame Bereich des Diaphragmas ist der eines flachen ringförmigen Rings mit einem inneren mittleren Durchmesser D&sub1; und einem äußeren mittleren Durchmesser D&sub2;. Die wirksame Last L aufgrund des internen Drucks P im internen Arbeitsraum 16 wird ausgedrückt durch die Gleichung L = [P[(D&sub2;D&sub2;)-(D&sub1;D&sub1;)]]/4. Wenn eine konstante Last-Ablenkungscharakteristik gewünscht ist, würden D&sub1; und D&sub2; eine Konstante über den axialen Hub 32 des Stellgliedes bleiben. Wo eine variable Federkonstante oder variable Last-Ablenkungscharakteristik über den Hub erforderlich ist, würden D&sub1; und D&sub2; durch Verjüngen des Kolbens 40 und/oder des Zylinders 24 in der angemessenen Weise variabel gemacht. Solche Fluid-Federn und Stellglieder mit variabler Federkonstante sind bekannt und die Einzelheiten solcher Konfigurationen werden in dieser Beschreibung nicht weiter angegeben.
Eine Fluid-Leitung 50 ist vorgesehen, die eine Verbidung mit dem internen Arbeitsraum 16 herstellt, um für die Druckbeaufschlagung und Druckaufhebung des Diaphragmas eine Zuführung und Zurückziehung eines geeigneten Fluides zu erlauben. Die Fluid-Leitung 50 kann die Form eines jeden geeigneten Stiels oder Ventils annehmen. Bei der einfachsten Form kann ein Innenrohr-Typ-Anschlußstück oder -Ventil verwendet werden, so wie jene, die von Schrader Bellows Company, Abteilung von Scovill Corporation hergestellt werden, obgleich andere kompliziertere Zweiwege-Ventil-Vorrichtungen für besondere Stellglied- Anwendungen besser geeignet sein können. Wenn die Vorrichtung als eine Luftfeder verwendet wird, kann ein einfaches Anschlußstück, wie ein Schrader-Ventil, verwendet werden, um einen anfänglichen Druck P einzuführen, welcher über das Betriebsleben des Gerätes aufrecht erhalten bleibt. Obgleich es nicht dargestellt ist, ist es einleuchtend, daß die Fluid-Leitung 50 durch die oberste Oberfläche 52 des ringförmigen Kolbens 40 vorgesehen werden kann, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Da der Abschnitt der äußeren Oberfläche des Diaphragmas 12, welcher den Kolben am Oberflächenbereich 52 berührt, über den Hub 32 des Stellgliedes im wesentlichen stationär ist, kann das Anschlußstück an dem Punkt durch die Wand 14 des Diaphragmas 12 hindurch angeordnet werden. Ein geeigneter Fluid-Durchgang durch den Kolben 40 wäre bei dieser besonderen Ausführung vorgesehen. Die Fluid-Leitung 50 kann mit einer Quelle von druckbeaufschlagtem oder Druck-Fluid 53 verbunden sein, das in der Lage ist, den internen Druck P des Arbeitsraumes 16 zu variieren, um variable Last-Ablenkungskurven und Federkonstanten für verschiedene Betriebsbedingungen zu schaffen. Die Quelle von druckbeaufschlagtem oder Druck-Fluid kann andererseits mit einem Sensor-Mechanismus oder einer Steuervorrichtung verbunden sein, um den internen Druck ständig zu variieren.
Ein in jeder Hinsicht zu Stellglied 10 von Fig. 1 und 2 ähnliches Stellglied ist in den Fig. 3 und 4 in der Umgebung einer Bremsenanordnung 60 veranschaulicht. In Fig. 3 werden dieselben Bezugszeichen verwendet, um Elemente des Stellgliedes 10 zu beschreiben, welche identisch mit jenen von Fig. 1 und 2 sind. Die Anordnung 60 enthält einen Mittelschaft 62, der durch den Durchgang 26 von Stellglied 10 verläuft, wobei sich der Schaft durch den Mittenabschnitt des konzentrischen Zylinders 24 erstreckt. Der Zylinder 24 kann vorteilhafterweise auf Lagern 61 montiert sein, um ihm zu gestatten, sich axial entlang des Mittelschaftes 62 zu bewegen. Der ringförmige Kolben 40 grenzt an das Diaphragma 12 in einer ringförmigen Weise an, um die inneren und äußeren Lappen 42 und 43 jeweils auf den inneren und äußeren Oberflächen 44 und 45 zu erzeugen. Ein Fluid-Einlaß 63 liefert druckbeaufschlagtes inkompressibles Hydraulikfluid durch die Fluid-Leitung 50, die sich durch die Wand 14 des Diaphragmas 12 erstreckt. Eine Schieberplattenanordnung 64 umgibt den Mittelschaft 62 und wird während der Betriebsbewegung des Stellgliedes 10 axial bewegt. Sie kann verschiebbar an einem Rahmen 70 befestigt sein, der eine Drehung der Schieberplatte verhindert, ganz wie eine Tasteranordnung auf einer herkömmlichen Scheibenbremse. Die Schieberplatte 64 kann von jeglicher geeigneten Konfiguration sein und ist einfach ein axial bewegliches Element der Bremsvorrichtung, die das Reibungselement 66 gegen die Rotoranordnung 68 einrückt. Wenn das Reibungselement in den Rotor eingreift, wird die Trägheitsenergie von Rotor und Schaft durch die Schieberplatte 64 übertragen auf den und absorbiert vom Rahmen 70. Der ringförmige Kolben 40 ist fest an dem Rahmen 70 der Vorrichtung angebracht, an der die Bremsenanordnung 60 verwendet wird. Es ist zu verstehen, daß der Schaft und/oder Rotor in dem Rahmen 70 auf geeigneten Lagervorrichtungen montiert sind, die nicht gezeigt sind.
Das Diaphragma 12 ist in Fig. 3 in seinem zusammengedrückten Zustand gezeigt, in dem der Druck P bei einem vorbestimmten niedrigen Punkt liegt. In dieser Position ist die Platte 64 axial zu einer ersten axialen Position 74 zurückgezogen. Wenn Hydraulikfluid durch den Fluid- Einlaß 63 in den Arbeitsraum 16 des Diaphragmas 12 eingeführt wird, dehnt sich das Diaphragma aus und schiebt die Platte 64 axial zu einer in Fig. 4 gezeigten zweiten Position 74. Die völlig aufgeblähte und ausgedehnte Form des Diaphragmas 12 und die Positionierung der verschiedenartigen Elemente der Bremsenanordnung 60 sind ebenfalls in Fig. 4 gezeigt, um ihre Positionen im völlig ausgedehnten Betriebszustand zu bezeichnen.
Der Fluid-Einlaß 63 stellt eine Verbindung mit einer Quelle von druckbeaufschlagtem oder Druck-Fluid 76 her, welche andererseits mit Mitteln zur Steuerung des Fluidflusses verbunden ist. Es ist zu verstehen, daß jene Steuerungsmittel ein Brems- oder Kupplungspedal 78 sein können, welches andererseits mit einem Haupt-Hydraulikzylinder verbunden ist, der der Quelle von druckbeaufschlagtem oder Druck-Fluid 76 entsprechen würde.
Eine ähnliche Konfiguration wie die in Fig. 3 gezeigte kann für jegliche einer Anzahl von Anwendungen verwendet werden, wie Bremsen- und Kupplungsanordnungen, mit der Voraussetzung, daß sich in bestimmten Anordnungen der Kolben relativ zu einer festgelegten oberen Rückhalteplatte in einer umgekehrten Weise zu der in Fig. 3 gezeigten bewegen kann. Eine mit Rückzugfedern versehene Kupplungsanordnung ist eine Vorrichtung, bei der das völlig aufgeblähte Diaphragma die Funktion erfüllt, die Vorspannkraft der Rückzugfedern zu überwinden.
Eine vereinfachte schematische Zeichnung einer Kupplung ist in Fig. 5 angegeben. Die Kupplung 80 wird von einem Stellglied 82 betrieben, das strukturell ähnlich dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Stellglied ist. Alle Elemente der Kupplung liegen in dem Glockengehäuse 116, mit Ausnahme des Motors, der nicht gezeigt ist, aber mit dem Antriebselement verbunden ist, das das Schwungrad 118 ist. Das Stellglied 82 enthält ein toroidales Diaphragma 84 mit einem ringförmigen Kolben 86 und einer Schieberplatte 88, die dem ringförmigen Kolben 86 axial gegenüber liegt. Ein interner Haltezylinder 90 hält die einwärtsgerichtete radiale Expansion des Diaphragmas 84 zurück. Der Arbeitsraum 92 ist in Verbindung mit einem Fluid- Durchgang 94, der ihn durch das Diaphragma 84 mit einem Anschluß 96 eine Verbindung herstellt. Druckbeaufschlagtes Fluid dringt durch den Fluid-Durchgang 94 von einer geeigneten Quelle her, wie einem Hydraulik-Hauptzylinder 98, in den Arbeitsraum 92 ein, der andererseits mit Aktivierungsmitteln verbunden ist, wie einem Kupplungspedal 100. Wenn der Kupplungsmechanismus aktiviert werden soll, wird der Hauptzylinder 98 durch das Kupplungspedal 100 betätigt und zwingt Hydraulikfluid durch den Anschluß 96 in den Arbeitsraum 92 und bewegt die Schieberplatte 88 gegen das Drucklager 102, das den Lösehebel 104 betätigt, welcher die Druckplatte 106 axial vom Kontakt mit den Reibungspolstern 108 und 110 wegbewegt und dadurch dem Schwungrad 118 gestattet, ohne Drehung des Schaftes 114 oder der Abtriebsplatte 112 frei zu rotieren. Alle diese mechanischen Tätigkeiten sind in einer normalen Kraftfahrzeug-Typ-Kupplung üblich. Wenn der Kupplungsmechanismus zum Eingriff umgekehrt werden soll, wird der Hydraulikdruck im Hauptzylinder 98 gelöst, um es Anteilen des Hydraulikfluids zu erlauben, den Arbeitsraum 92 des Stellgliedes 82 zu verlassen. Das Hydraulikfluid wird aus dem Diaphragma 84 durch die Betätigung der Druckfeder 113 herausgezwungen, die die Druckplatte und das Drucklager in ihre ursprünglichen Eingriffspositionen zurücksetzt und dabei die Schieberplatte 88 axial zu dem Kolben 86 hin bewegt, der fest an dem Gehäuse 116 angebracht ist. Das Schwungrad 118 überträgt ruhig Drehkraft oder -energie von der Quelle der Drehkraft oder -energie, wie einem Motor. Es dient als das Antriebselement in der gezeigten Kraft- oder Leistungsübertragungsvorrichtung. Die meisten Elemente sind in dem Gehäuse 116 zur Drehung unter Verwendung herkömmlicher Lagerungsmethoden in herkömmlicher Weise montiert. Das Stellglied 82 dieser Erfindung kann in jeglichen derartigen Kupplungsmechanismen verwendet werden, wo relativ kleine axiale Verschiebungen erforderlich sind. Die Vorteile, keine Dichtungen und keine potentielle Hydraulikleckage zu haben, sind bei dieser Kupplungsvorrichtung ausgeführt.

Claims

1. Fluid-Stellglied (10) umfassend:

(a) ein geschlossenes toroidales Diaphragma (12), das einen Fluid-Arbeitsraum (16) einschließt;

(b) einen Fluid-Anschluß (50), der durch die Wand des Diaphragmas (12) hindurchgeht;

(c) einen Kolben (40), der zu axialen Bewegungen relativ zum Diaphragma (12) fähig ist; und

(d) einen ringförmigen Zylinder (24); wobei sich das Stellglied (10) über einen vorbestimmten Hub (32) längs einer Achse (23) bewegt;

wobei das Diaphragma (12) aus einem robusten flexiblen Elastomer mit einem Innendurchmesser (D&sub4;) und einem Außendurchmesser (D&sub3;) besteht und der Fluid-Anschluß (50) mit dem Fluid-Arbeitsraum (16) verbunden ist, so daß Fluid in den Fluid-Arbeitsraum (16) hinein und daraus heraus fließen kann;

wobei der Kolben (40) Innen- (44) und Außenwände (45) mit einem Durchschnittsdurchmesser (D&sub5;) hat, der kleiner als der Außendurchmesser (D&sub3;) und größer als der Innendurchmesser (D&sub4;) des Diaphragmas (12) ist, und der Kolben (40) und das Diaphragma (12) über den vorbestimmten Hub (32) axial relativ zueinander beweglich sind; und

wobei das Diaphragma ein konzentrisches Paar Walzlappen (42, 43) mit einem offenen Durchgang (26) durch das Stellglied koaxial zur Achse (23) hat;

dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D&sub3;) des Diaphragmas ausschließlich durch in das Elastomer eingebettetes Verstärkungsgewebe aufrechterhalten wird, wobei das Verstärkungsgewebe wenigstens zwei Schichten (20, 22) winkelmäßig geschnittene Lagen Cord-Gewebe umfaßt; und

daß der ringförmige Zylinder (24) einen Außendurchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser (D&sub4;) des Diaphragmas (12) und innerhalb des Durchgangs (26) durch das toroidale Diaphragma (12) angeordnet ist, und eine innere Zwangsführung für den radial innersten Walzlappen (42) des konzentrischen Paares Walzlappen (42, 43) bildet.

2. Fluid-Stellglied gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Zylinder (24) ferner auf einer radial nach außen gerichteten Außenumfangsfläche (28) des Zylinders (24) eine Mehrzahl von umfangsmäßigen Auszakkungen (30) enthält, welche das Diaphragma (12) über den vorbestimmten Hub (32) des Stellgliedes (10) berühren, um ein wesentliches axiales Verrutschen des Diaphragmas (12) auf der radial nach außen gerichteten Außenumfangsfläche (28) zu verhindern.

3. Fluid-Stellglied gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kolben (40) an wenigstens einer seiner Innen- und Außenwände (44, 45) eine Verjüngung aufweist, um eine variable Federkonstante über den vorbestimmten Hub (32) des Stellgliedes zu erzeugen.

4. Fluid-Stellglied gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluid-Anschluß (50) ein Ventil ist, das durch das geschlossene toroidale Diaphragma (12) hindurch abgedichtet angeordnet ist.

5. Fluid-Stellglied gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zentrales Schaftglied (62), das durch den Durchgang (26) hindurchgeht.

6. Fluid-Stellglied gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Zylinder (24) eine radial äußere Außenumfangsfläche aufweist, die einen spitzen Winkel zu der Achse (23) bildet.

7. Kraftübertragungsgerät (80) umfassend:

(a) ein Gehäuse (116);

(b) ein Antriebsglied (118), das in dem Gehäuse (116) angeordnet ist und Drehkraft in das Gehäuse (116) hinein überträgt;

(c) ein Abtriebsglied (112, 114), das angrenzend an das Antriebsglied (118) angeordnet ist und Drehkraft aus dem Gehäuse (116) heraus überträgt;

(d) Mittel zum Reibungseingriff und -ausrücken von Antriebsglied (118) und Abtriebsglied (112, 114); und (e) ein in dem Gehäuse (116) angeordnetes Fluid-Stellglied (82) mit einem offenen Durchgang durch das Stellglied koaxial zu einer Betätigungsachse; dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied derart ist, wie im Anspruch 1 beschrieben ist.

8. Kraftübertragungsgerät gemäß Anspruch 7, verwendet als eine Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (118) ein rotierendes Schwungrad ist, das innerhalb des Gehäuses (116) angeordnet ist;

das Abtriebsglied ein Schaft (114) ist, der sich durch das Gehäuse (116) erstreckt und drehbar darin montiert ist; der Schaft (114) eine starr damit verbundene Abtriebsplatte (112) aufweist; die Mittel zum Reibungseingriff und -ausrücken von Antriebsglied und Abtriebsglied eine Drucklager- (102) und Druckplatten- (106) Kombination enthalten, wobei das Drucklager (102) drehbar auf dem Schaft (114) montiert ist, um relativ zum Schaft (114) zu einer Position axial beweglich zu sein, in der die Druckplatte (106), welche zur Rotation mit dem Schwungrad (118) verbunden ist, von der Abtriebsplatte (112) ausgerückt ist; die Mittel zum Reibungseingriff und -ausrücken von Antriebsglied und Abtriebsglied ein Feder-Vorspannungsglied (113) beinhalten, das mit der Druckplatte (106) verbunden ist, um die Druckplatte (106) in eine Eingriffsposition gegen das Schwungrad (118) vorzuspannen; die Druckplatte (106) angrenzend an, aber entfernt von der Abtriebsplatte (112) mit einem ringförmigen Raum angeordnet ist, der die Abtriebsplatte (112) und das Schwungrad (118) trennt, wenn die Drucklager- (102) und Druckplatten- (106) Kombination in der ausgerückten Position ist; das Stellglied so angeordnet ist, daß es an das Drucklager (102) angrenzt und das Lager (102) axial bewegt, um die Druckplatte (106) von der Abtriebsplatte (112) auszurücken, wenn das Druck-Fluid den Arbeitsraum (92) füllt; das Feder-Vorspannungsglied (113) derart wirkt, daß das Diaphragma (84) entleert und das Stellglied zu einer zweiten Position zu bewegt wird, in der das Druck-Fluid aus dem Arbeitsraum (92) entfernt ist.