DE19510030A1 - Betätigungszylinder zum Ein- und Ausrücken einer Reibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Betätigungszylinder zum Ein- und Aus­ rücken der Reibungskupplung eines Kraftfahrzeuges, mit einem im Zylindergehäuse aus gebildeten Druckraum, einem im Druckraum ver­ schiebbar angeordneten Kolben, einer mit dem Kolben zusammenwir­ kenden, aus dem Zylindergehäuse herausgeführten Betätigungsstange und einer Einrichtung zum Erfassen des vollständig ausgerückten Zustands der Kupplungsscheibe, wobei die Einrichtung mit einem Meßelement versehen ist, das entsprechend dem Verschleiß der Kupp­ lungsscheibe selbsttätig nachführbar ist.

Ein solcher Betätigungszylinder ist aus der GB-A-2 182 410 be­ kannt. Das in dem Druckgehäuse des Betätigungszylinders angeord­ nete Meßelement ist ein Schalter, der bei vollständig ausgerückter Kupplung vom Kolben berührt wird. In diesem Fall wird von dem Schalter der elektrische Kreis zum Starten des Fahrzeuges ge­ schlossen. Der so ausgebildete Betätigungszylinder soll ein Star­ ten des Fahrzeuges mit eingerückter Kupplung unmöglich machen. Der im Laufe der Betriebsdauer an der Reibungskupplung zwangsläufig auftretende Verschleiß führt dazu, daß sich die Grundstellung des Kolbens im Druckraum des Betätigungszylinders ändert. Der vom Kol­ ben zurückzulegende Weg zur Betätigung der Kupplung wird davon zwar nicht beeinträchtigt, nur ändert sich mit der Grundstellung des Kolbens auch seine Endstellung, die er im vollständig ausge­ kuppelten Zustand einnimmt. Aus diesem Grund muß der Schalter ent­ sprechend dem Verschleiß der Kupplungsscheibe selbsttätig nachge­ führt werden. Die Nachführung erfolgt bei dem bekannten Be­ tätigungszylinder über zwei aufwendig ineinander verschachtelte Hülsen, von denen die eine mit dem Kolben verbunden ist und die andere den Schalter oder das Meßelement trägt. Die axiale Länge der beiden Hülsen ist so aufeinander abgestimmt, daß in Grundstel­ lung des Kolbens die mit ihm verbundene Hülse an der das Meßele­ ment tragenden Hülse anschlägt. Eine Veränderung der Grundstellung des Kolbens bewirkt, daß die das Meßelement tragende Hülse von der mit dem Kolben verbundenen Hülse nachgezogen wird. Das Meßelement verändert folglich entsprechend dem an der Kupplungsscheibe auf­ tretenden Verschleiß seine Lage innerhalb des Druckraumes.

Insbesondere in elektronischen Kupplungssystemen ist es jedoch erwünscht, Kenntnis über den zurückgelegten Ausrückweg der Kupp­ lung zu haben, um daraus weitere Steuerdaten für das Antriebsmana­ gement zu ermitteln. Hierzu sind Betätigungszylinder bekannt ge­ worden, in denen der zurückgelegte Kolbenweg über ein Linearpoten­ tiometer ermittelt wird. Der insgesamt vom Kolben im Druckraum zurücklegbare Weg setzt sich etwa zur Hälfte aus der verschleißbe­ dingten Veränderung der Grundstellung und zur anderen Hälfte aus dem Ausrückweg der Kupplung zusammen. Die Linearpotentiometer ha­ ben beispielsweise einen Meßbereich von 0 bis 5 Volt, wobei 0 Volt der Anfangswert und 5 Volt der Endwert ist. Um den Verschleiß bei der Ermittlung des Kolbenweges berücksichtigen zu können, muß im Neuzustand der Kupplung die Grundstellung des Kolbens mittig zum Meßbereich des potentiometers liegen. Das heißt, im eingekuppelten Neuzustand werden 2,5 Volt abgegeben, im ausgekuppelten Neuzustand 5 Volt. Bei vollem zulässigen Verschleiß beträgt der Wert im ein­ gekuppelten Zustand 0 Volt und im ausgekuppelten Zustand 2,5 Volt. Der Meßbereich des Potentiometers ist folglich doppelt so groß zu wählen, wie der tatsächlich nur meßbare Betätigungsweg des Kolbens. Entsprechend lang fallen die Wegaufnehmer aus und vergrö­ ßern den Platzbedarf für den Betätigungszylinder, der in modernen Fahrzeugen aufgrund anderer Randbedingungen selten in ausreichen­ der Größe zur Verfügung steht. Eine daraus resultierende geringe Auflösung muß daher in Kauf genommen werden. Die im Fahrzeug vor­ gesehene Elektronik digitalisiert den analog ermittelten Kolben­ weg. Der Bereich von 0 bis 5 Volt wird beispielsweise in tausend Schritte unterteilt. Zur Beobachtung des Ausrückweges der Kupplung (zurückgelegter Kolbenweg) stehen folglich immer nur 500 Schritte zur Verfügung.

Von dieser Problemstellung ausgehend soll ein Betätigungszylinder zum Ein- und Ausrücken der Reibungskupplung eines Kraftfahrzeugs geschaffen werden, bei dem über ein Meßelement der zurückgelegte Weg des Kolbens ermittelbar und dessen Auflösung gegenüber bekann­ ten Systemen verbessert ist.

Die Problemlösung erfolgt bei einem gattungsgemäßen Betätigungs­ zylinder dadurch, daß das Meßelement ein außerhalb des Druckraumes koaxial zum Kolben angeordneter Wegaufnehmer, zur Ermittlung des zurückgelegten Kolbenweges ist, dessen Gehäuse axial verschiebbar gelagert und dessen Meßfühler am Kolben befestigt ist.

Durch die Verschiebbarkeit des Gehäuses des Wegaufnehmers wird der Wegaufnehmer über seinen am Kolben befestigten Meßfühler der Kol­ benbewegung nachgeführt. Je nach dem in welche Richtung sich der Verschleiß der Kupplungsscheibe auswirkt, erfolgt die Lageverände­ rung des Wegaufnehmers entweder durch den vollständig eingetauch­ ten Meßfühler oder den vollständig ausgefahrenen Meßfühler. Ein Anstoßen des Meßfühlers an den "Gehäusewänden" bedingt die Nach­ führung.

Durch die Nachführung des Wegaufnehmers steht grundsätzlich der volle Meßbereich zur Ermittlung des zurückgelegten Kolbenweges zur Verfügung. Gegenüber herkömmlichen Systemen wird die Auflösung daher bei gleicher Baulänge des Meßelements verdoppelt. Eine An­ passung des Betätigungszylinders an enge Platzverhältnisse moder­ ner PKW′s kann durch Reduzierung der Baulänge um die Hälfte, bei gegenüber den bekannten Meßelementen gleichbleibender Auflösung, bewirkt werden. Gleichzeitig werden dabei auch die Herstellkosten gesenkt.

Der Wegaufnehmer ist vorzugsweise in einem am Zylindergehäuse an­ geflanschten Nachführ-Gehäuse gelagert. Das keinen Innendruck auf­ nehmende Nachführ-Gehäuse kann deshalb konstruktiv an die auftre­ tenden Kräfte angepaßt werden, was neben der Kostenreduzierung auch eine Gewichtsreduktion bringt.

Die Verstellbarkeit des Wegaufnehmergehäuses wird vorzugsweise über Schleif- oder Federringe bewirkt. Insbesondere vorzugsweise wird ein Linear- oder Drehpotentiometer als Wegaufnehmer verwen­ det.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn zumindest ein definierter zurück­ gelegter Verschiebeweg des Gehäuses des Meßelements erfaßbar und zur Kenntlichmachung des maximal tolerierbaren Kupplungsver­ schleißes anzeigbar ist. Hierzu kann im Nachführ-Gehäuse ein ent­ sprechender Sensor angeordnet sein. Der maximal tolerierbare Kupplungsverschleiß kann dann optisch oder akustisch angezeigt wer­ den. Diese Anzeige kann direkt dem Fahrer zugänglich gemacht wer­ den oder so in der Nähe des Betätigungszylinders angeordnet sein, daß der Verschleiß im Rahmen regelmäßiger Inspektionsintervalle des Fahrzeugs überprüft werden kann.

Anhand der einen Betätigungszylinder im Schnitt zeigenden Zeich­ nung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Der Betätigungszylinder 1 wird über die mit dem Geberzylinder 17 verbundene Druckleitung 16 mit beispielsweise Druckflüssigkeit beaufschlagt. Die Betätigung des Geberzylinders 17 kann elektrisch gesteuert oder wie hier dargestellt über ein Kupplungspedal 15 erfolgen.

Im Druckraum 1a des Betätigungszylinders 1 ist der Kolben 3 axial verschiebbar gelagert und stützt sich einseitig gegen eine Druck­ feder 6 ab. Auf der der Druckfeder 6 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 3 ist die Betätigungsstange 4 angeordnet, die aus dem Zy­ lindergehäuse 2 herausgeführt ist und mit der hier nur schematisch dargestellten Reibungskupplung 5 zusammenwirkt. Eine Bewegung des Kolbens 3 nach auf der Zeichnung rechts bewirkt ein Ausrücken der Kupplung 5. Für die weitere Beschreibung sei angenommen, daß sich der Verschleiß der Kupplung 5 durch eine Lageveränderung des Kol­ bens 3 in Richtung des Pfeiles V bemerkbar macht.

Koaxial zum Kolben 3 ist auf der der Kupplung 5 gegenüberliegenden Seite des Zylindergehäuses 2 ein Wegaufnehmer 8 in einem Nachführ- Gehäuse 12 axial verschiebbar gelagert. Der Wegaufnehmer 8 ist ein Linearpotentiometer, dessen Meßfühler 7 auf der der Betätigungs­ stange 4 abgewandten Seite des Kolbens 3 befestigt ist. Derartige Wegaufnehmer 8 sind bekannt und bedürfen deshalb hier keiner wei­ teren Beschreibung. Das Gehäuse 9 des Meßwertaufnehmers 8 ist über Schleif- oder Federringe 13 axial verschiebbar im Nachführ-Gehäuse 12 gelagert. Über eine im Boden des Betätigungszylinders 1 vorge­ sehene Bohrung ist der Meßfühler 7 in den Druckraum 1a des Betäti­ gungszylinders hineingeführt. Die Abdichtung und Lagerung des Meß­ fühlers 7 im Gehäuse 2 des Betätigungszylinders 1 erfolgt durch bekannte, mit 14 bezeichnete Dicht- und Lagermittel.

Im eingekuppelten Zustand der Kupplung 5 liegt der Meßfühler 7 mit seinem Anschlag 10 am Boden 11 des Meßwertaufnehmers 8 an. Die vom Meßwertaufnehmer 8 abgegebene Spannung beträgt 0 Volt. Durch Be­ aufschlagung des Betätigungszylinders 1 mit Druckflüssigkeit wird der Kolben 3 soweit verschoben, bis die Kupplung 5 vollständig ausgekuppelt ist. Der Meßfühler 7 befindet sich mit seinem An­ schlag dann an dem dem Boden 11 gegenüberliegenden Ende des Gehäu­ ses des Meßwertaufnehmers 8, die abgegebene Spannung beträgt beispielsweise 5 Volt. Durch zunehmenden Verschleiß der Kupplung 5 wird die Grundstellung des Kolbens 3 in Richtung des Pfeiles V verlagert. Im eingekuppelten Zustand schiebt der Meßfühler 7 das Gehäuse 9 entsprechend dem Verschleißweg in Richtung des Pfeiles V. Im Nachführgehäuse 12 ist ein Sensor 18 vorgesehen, der den maximal zulässigen Verschiebeweg des Meßelements 8 detektiert und über eine hier nicht dargestellte Signal- oder Anzeigeeinrichtung kenntlich macht. Der maximale Verschiebeweg des Meßelements 8 ent­ spricht dem maximal tolerierbaren Verschleiß der Kupplung, so daß im Rahmen regelmäßiger Inspektionsintervalle des Fahrzeugs oder durch den Fahrer direkt erkannt werden kann, daß ein Austausch der Kupplungsscheibe fällig ist.

Nach Austausch der Kupplungsscheibe nimmt der Kolben 3 wieder sei­ ne ursprüngliche Grundstellung ein. Bei der ersten Druckbeauf­ schlagung des Betätigungszylinders 1 zieht der Anschlag 10 das Gehäuse 9 des Meßelements 8 ebenfalls zurück in dessen ent­ sprechende Position.

Anstelle eines Sensors 18, der nur einen definierten zurückgeleg­ ten Verschiebeweg des Meßelements ermittelt, kann der aus dem Ver­ schleiß resultierende Verschiebeweg auch durch ein geeignetes Meß­ element stetig erfaßt und angezeigt werden.

Claims (6)

1. Betätigungszylinder zum Ein- und Ausrücken der Reibungskupp­ lung eines Kraftfahrzeuges mit einem im Zylindergehäuse (2) ausgebildeten Druckraum (1a), einem im Druckraum (1a) ver­ schiebbar angeordneten Kolben (3), einer mit dem Kolben (3) zusammenwirkenden, aus dem Zylindergehäuse (2) herausgeführ­ ten Betätigungsstange (4) und einer Einrichtung zum Erfassen des vollständig ausgerückten Zustands der Kupplungsscheibe, wobei die Einrichtung mit einem Meßelement (8) versehen ist, das entsprechend dem Verschleiß der Kupplungsscheibe selbst­ tätig nachführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Meß­ element (8) ein außerhalb des Druckraumes (1a) koaxial zum Kolben (3) angeordneter Wegaufnehmer zur Ermittlung des zu­ rückgelegten Kolbenweges ist, dessen Gehäuse (9) axial ver­ schiebbar gelagert und dessen Meßfühler (7) am Kolben (3) befestigt ist.

2. Betätigungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer (8) in einem am Zylindergehäuse (2) an­ geflanschten Nachführ-Gehäuse (12) gelagert ist.

3. Betätigungszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) des Wegaufnehmers (8) über Schleif- oder Federringe (13) im Nachführ-Gehäuse (12) gelagert ist.

4. Betätigungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer (8) ein Linearpotentiometer ist.

5. Betätigungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer (8) ein Drehpotentiometer ist.

6. Betätigungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein definierter zurückgelegter Verschiebeweg des Gehäuses (9) des Wegaufnehmers (8) erfaßbar und zur Kenntlichmachung des maximal tolerierbaren Kupplungsver­ schleißes anzeigbar ist.