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Die
Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder mit einem Kolben. Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Einrichtung mit einem derartigen Arbeitszylinder.
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Aus
der nicht vorveröffentlichten
DE 44 07 648 A1 ist
eine Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Stellelementes
in einem Nehmerzylinder bekannt. Das Stellelement ist dabei über eine
Steuerleitung und hydraulische Wegeventile mit einer steuerbaren
Druckversorgungseinrichtung einer hydraulischen Steuereinrichtung
verbunden. Zur Erfassung der momentanen Position des Stellelementes
im Nehmerzylinder ist in seiner hydraulischen Steuerleifung ein
in eine Ruhelage vorgespannter Meßkolben angeordnet, der in
Gehäuse
in eine mit der Steuerleitung in Verbindung stehende Primärkammer
und eine mit dem Nehmerzylinder verbundene Sekundärkammer
teilt. Zur Anordnung der Meßeinrichtung weist
der Kolben zwei miteinander verbundene Teilkolben auf, die eine
druckentlastete Meßkammer
einschließen,
die über
eine Anschlußbohrung
mit einem Tank- bzw.
einem Ausgleichsbehälter
verbunden ist. Die Sekundärkammer
weist in der Ruhestellung, d. h. im drucklosen Zustand des Meßkolbens,
ebenfalls eine Verbindung zum Ausgleichsbehälter auf, so daß Volumenänderungen
der Hydraulikflüssigkeit
in Folge von Verschleiß-
oder Temperaturschwankungen ausgeglichen werden können. Außerdem erfolgt über diese
hydraulische Verbindungen eine Befüllung des geschlossenen Systems
von Sekundärkammer, druckloser
Kammer und Nehmerzylinder mit Hydraulikflüssigkeit. Während der Meßkolben
in seinem Gehäuse
gleitet, treten Flüssigkeitsverluste
von der drucklosen Meßkammer
in die Primärkammer
auf, so daß der
Flüssigkeitsspiegel
im Ausgleichsbehälter absinkt
und in der Druckversorgungseinrichtung der hydraulischen Steuereinrichtung
steigt. Dies führt schließlich zu
einem Ausfall der Einrichtung.
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Schließlich ist
aus der
DE 42 07 803
A1 ein Arbeitszylinder mit einem Kolben bekannt, bei dem Flüssigkeitsverluste
durch die Realisierung eines druckdichten Ventilsitzes der Kolbeneinheit
verhindert sind. Hierbei sind am Ventilsitz eine abdichtende elastomere
Dichtung und Druckausgleichsmittel vorgesehen, die bei Druckbeaufschlagung
des Kolbens in Öffnungsrichtung
des Ventilsitzes einen solchen Druck aufbauen, dass mit Öffnungsbeginn
eine nur geringe Druckdifferenz an der Dichtung auftritt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Arbeitszylinder
und eine derartige Einrichtung derart weiterzuentwickeln, dass Hydraulikflüssigkeitsverluste
im geschlossenen System ausgeg glichen werden können und eine Befüllung des geschlossenen
Systems mit üblichen
Befülleinrichtungen
möglich
ist.
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Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und 6 gelöst, vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Ventil vorgesehen, das die nicht über die Steuerleitung hydraulisch beaufschlagbaren
Hydraulikkammern während
eines Füll-
oder Entlüftungsvorganges
mit einer Befülleinrichtung
und nach Beendigung des Füllvorganges
die Hydraulikkammern zum Ausgleich von Flüssigkeitsverlusten mit der
Druckversorgungseinrichtung verbindet. Während des Betriebs, also nach
Beendigung des Füll-
oder Entlüftungsvorganges
ist die Verbindung von den Hydraulikkammern zu der Befülleinrichtung
vorzugsweise geschlossen.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Ventil einen in einem
Ventilgehäuse
gleitenden Ventilkolben auf, der für einen ersten Füllvorgang
der nicht mit der Steuerleitung verbundenen Hydraulikkammern durch
ein Halteelement derart fixiert ist, daß die Verbindung zwischen der
Befülleinrichtung
und der Hydraulikkammer geöffnet
ist, wodurch ein druckloser Einlaß der Hydraulikflüssigkeit möglich ist.
Die Haltekraft des Halteelementes ist so bemessen, daß bei Inbetriebnahme
des Arbeitszylinders, d. h. bei einer erstmaligen Beaufschlagung
der Steuerleitung, das Halteelement gelöst wird und der Ventilkolben
im Ventilgehäuse
gleiten kann. Die Steuerung des Ventilkolbens erfolgt im weiteren über eine
entsprechende Druckbeaufschlagung. Eine erneute Befüllung oder
eine Entlüftung
der Sekundärkammer
erfolgt unter Druck so, daß die
Verbindung zu der Befülleinrichtung
durch eine Beaufschlagung des Ventilkolbens mit Hydraulikflüssigkeit
wieder hergestellt wird.
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Eine
Verwendungsmöglichkeit
für den
erfindungsgemäßen Arbeitszylinder
besteht in der Anordnung in einer Steuerleitung eines hydraulisch
beaufschlagbaren Stellelementes, wobei die Primärkammer auch hier mit der hydraulischen
Steuereinrichtung und die Sekundärkammer
mit dem das Stellglied aufnehmenden Gehäuse verbunden ist. Die hydraulische
Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder und dem Gehäuse des
Stellgliedes bildete dabei eine hydraulische Stange, durch die das
Fluidvolumen hin- und hergeschoben wird. Der in dem Arbeitszylinder gleitende
Meßkolben
dient dabei als Meßeinrichtung für die Position
des Stellgliedes. Eine solche Anordnung des Arbeitszylinders ist
insbesondere dann von Vorteil, wenn eine direkte Anordnung eines
Position- oder Wegemeßwertgebers
aus Platzgründen
oder aufgrund der notwendigen elektrischen Zuleitungen am Stellelement
problematisch ist.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kolben des Arbeitszylinders
aus einem ersten und einem zweiten Teilkolben gebildet, die an der
Innenwandung des Arbeitszylinders gleiten und zwischen denen eine
druckentlastete Kammer gebildet ist. Die druckentlastete Kammer
weist einen Durchlaß auf, der
von dem Ventil derart steuerbar ist, daß die Kammer während des
Füllvorganges
ebenfalls mit der Befüllvorrichtung
und nach Beendigung des Füllvorganges
mit der Druckversorgungseinrichtung der hydraulischen Steuereinrichtung
verbunden ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung
ist vorteilhaft für
eine Reibungskupplung eines Kraftfahrzeuges einsetzbar.
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Das
Ventil sorgt dafür,
daß das
geschlossene System aus Sekundärkammer,
druckloser Kammer und/oder Gehäuse
des Stellelementes bei einer Erstbefüllung mit der Befülleinrichtung
verbunden ist und somit ein kombinierter Unterdruck/Druckfüllvorgang erfolgen
kann. Bei der Inbetriebnahme des Arbeitszylinders schaltet das Ventil
automatisch um, so daß Schleppölverluste über die
hydraulische Steuereinrichtung ausgeglichen werden können. Eine
im Servicefall notwendig werdende erneute Befüllung erfolgt unter Druck,
wobei durch die Ausbildung des Ventils die Verbindung zur Befülleinrichtung
wieder geöffnet
wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Die zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1 eine Vorrichtung zur Betätigung einer Reibungskupplung
und
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2 eine Darstellung des die
Verbindungen Sekundärkammer,
Befülleinrichtung
und Sekundärkammer,
hydraulische Steuereinrichtung, steuerndes Ventil.
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Die
in 1 dargestellte Vorrichtung
umfaßt eine
Reibungskupplung 17, die einen Verbrennungskraftmotor eines
Kraftfahrzeuges mit einem nicht dargestellten Getriebe in Abhängigkeit
bestimmter Betriebszustände
bzw. von Übergängen zwischen
einzelnen Betriebszuständen
verbindet. Die Reibungskupplung ist von einem Betätigungsmechanismus 18 ein-
und ausrückbar.
Der Betätigungsmechanismus wiederum
wird über
ein Stellelement 16, das in einem Nehmerzylinder 19 gleitet,
betätigt.
Der Nehmerzylinder 19 ist über eine Steuerleitung 5 und
ein Wegeventil 20 mit einer hydraulischen Steuereinrichtung 6 verbunden.
Die hydraulische Steuereinrichtung weist eine über einen Motor 21 antreibbare
Druckmittelpumpe 22 auf, die mit einer Druckversorgungseinrichtung
(Flüssigkeitsvorratsbehälter) 23 in
Verbindung steht und über
das Wegeventil 20 den Nehmerzylinder 19 beaufschlagt.
Zwischen der Druckmittelpumpe 22 und dem Wegeventil 20 ist
im Druckmittelkreislauf außerdem
ein Rückschlagventil 24 sowie ein
Druckspeicher 26 vorgesehen. Der Druckspeicher kann derart
bemessen sein, daß bei
Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges mindestens ein erstmaliges Auskuppeln
ohne Energiezufuhr möglich
ist. Damit ist für
die Druckmittelpumpe 22 kein spezieller Motor erforderlich,
während
des Fahrbetriebes wird dann der Druckspeicher 26 von der über die
Brennkraftmaschine 21 angetriebenen Druckmittelpumpe 22 versorgt.
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Zur
Regelung des Reibungseingriffs der Reibungskupplung 17 ist
eine elektronische Steuereinrichtung 27 vorgesehen, die
in Abhängigkeit
sensierter bzw. vorgegebener Größen eine
Stellgröße zur Kupplungsbetätigung an
das Wegeventil 20 abgibt. Die sensierten Größen sind
unter anderem die Motordrehzahl, die Drosselklappenstellung und
der Kupplungsbetätigungsweg
bzw. der Kupplungseingriffszustand. Für die Ermittlung des Kupplungsbetätigungsweges
ist in der Steuerleitung 5 des Nehmerzylinders 19 ein
als Sensorzylinder ausgebildeter hydraulischer Arbeitszylinder 2 angeordnet.
Der Teil 5a der Steuerleitung stellt dabei die hydraulische
Stange dar, die das Fluidvolumen zwischen dem Nehmerzylinder 19 und
dem Arbeitszylinder 2 verschiebt.
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Der
Arbeitszylinder 2 besteht aus einem zylinderförmigen Gehäuse, welches
der Kolben 1 in eine Primärkammer 3 und eine
Sekundärkammer 4 unterteilt.
Sowohl die Primär-
als auch die Sekundärkammer 3, 4 ist
mit einem Strömungsanschluß verbunden,
wobei die Primärkammer 3 über das
Wegeventil 20 mit der hydraulischen Steuereinrichtung 6 und
die Sekundärkammer 4 mit
dem Nehmerzylinder 19 verbunden ist. Der Kolben 1 wird über eine
nicht dargestellte Druckfeder entgegen der Druckmittelbeaufschlagung
durch die hydraulische Steuereinrichtung 6 in seine Ruhelage
vorgespannt. Der Kolben 1 besteht aus zwei Teilkolben 12 und 13,
die an der Innenwand des Gehäuses 2 abdichtend
gleiten. Zwischen den Teilkolben 12 und 13 ist
eine eine Meßskala
aufweisende Meßstange 32 fest
mit den Teilkolben 12, 13 verbunden. Mittels in
die Meßskala
der Meßstange 32 eingreifenden
Mitteln 33 wird die translatorische Bewegung des Kolbens 1 in
eine rotatorische Bewegung umgewandelt und auf bekannte Weise auf ein
nicht dargestelltes Drehpotentiometer übertragen, wobei das Drehpotentiometer
ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches proportional und somit
linear zum zurückgelegten
Weg des Stellelementes 16 ist.
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Die
die Meßstange 32 aufnehmende
druckentlastete Meßkammer 14 als
auch die Sekundärkammer 4 in
ihrer Ruhestellung stehen über
eine hydraulische Leitung 34 mit dem Ventil 7 in
Verbindung, so daß nach
der Montage der Kupplung für
einen ersten Füllvorgang
die hydraulische Leitung 34 mit einer kombinierten Unterdruck-/Druckbefüllungsvorrichtung 8 verbunden
ist. Im Ausführungsbeispiel
erfolgt der erste Füllvorgang über den
Bremsausgleichsbehälter 31.
Eine Befüllung
des geschlossenen Systems aus Sekundärkammer 4, druckloser
Meßkammer 14 und
Nehmerzylinder 19 über
die Druckversorgungseinrichtung (Flüssigkeitsvorratsbehälter) 23 der
hydraulischen Steuereinrichtung 6 ist in vielen Fällen problematisch,
da der Behälter
im Krafffahrzeug nicht immer zugänglich
angeordnet werden kann und für
eine kombinierte Unterdruck/Druckbefüllung ohne konstruktive Veränderungen
nicht verwendbar ist. Nach Beendigung der Befüllung, während der ersten Inbetriebnahme
der Reibungskupplung 17, wirrt das Halteelement 11 gelöst und der Ventilkolben 10 durch
den Druck in der hydraulischen Leitung 30, der gleich dem
hydraulischen Druck der Steuerleitung 5 ist, verschoben.
Das Ventil 7 verbindet nun die hydraulische Leitung 34 mit
der Leitung 35, so daß Volumenänderungen
in der Sekundärkammer 4 und
der drucklosen Meßkammer 14 durch auffretende
Schleppölverluste
ausgeglichen werden können.
Eine im Servicefall notwendig werdende Entlüftung und Befüllung des
geschlossenen Systems 4, 14, 19 erfolgt
unter Druck, wobei der Druck derart bemessen wird, daß er den
Druck in der hydraulischen Leitung 35 übersteigt und der Ventilkolben 10 die
Verbindung zwischen der Befülleinrichtung 8 und
der hydraulischen Leitung 34 freigibt.
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In 2 ist eine mögliche Ausbildungsform des
Ventils 7 gezeigt. Der gestufte Ventilkolben 10 gleitet über Dichtungen 36 und 37 im
Ventilgehäuse 9 und
unterteilt das Gehäuse
in drei Ventilkammern 39, 40, 41. Im
Einbauzustand wird der Ventilkolben 10 durch das Halteelement 11,
beispielsweise einen über
Reibschluß haftenden
Sprengring, fest in einer Endstellung fixiert, in der die Verbindung
zwischen dem Bremsausgleichsbehälter 31 mit
der Befülleinrichtung
und der hydraulischen Leitung 34 zu der Sekundärkammer 4 und
der drucklosen Meßkammer 14 auch
bei einem aufgebrachten Unterdruck am Bremsausgleichsbehälter 31 offen
ist, so daß eine
drucklose Befüllung
erfolgen kann. Nach dem Befüllvorgang und
der Beaufschlagung der Fläche 38 (erste
Kupplungsbetätigung)
durch die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit des Primärkreises
wird das Halteelemement 11 gelöst und der Ventilkolben 10 aus
seiner fixierten Endstellung in die gegenüberliegende Endstellung geschoben,
so daß die
hydraulische Leitung 34 mit der Leitung 35 in
Verbindung steht. Ein erneuter Befüllvorgang erfolgt unter Druck,
so daß auf
die Stirnfläche 42 eine
Kraft aufgebracht wird, die den Ventilkolben 10 in eine
Endstellung schiebt, in der die Verbindung zwischen dem Bremsausgleichsbehälter 31 und
der hydraulischen Leitung 34 freigegeben ist.
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Das
Ventil 7 kann als separates oder als ein mit dem Arbeitszylinder
eine Baueinheit bildendes Bauteil ausgeführt sein.
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- 1
- Kolben
- 2
- Arbeitszylinder
- 3
- Hydraulikkammer
(Primärkammer)
- 4
- Hydraulikkammer
(Sekundärkammer)
- 5
- Steuerleitung
- 6
- hydraulische
Steuereinrichtung
- 7
- Ventil
- 8
- Befüllungseinrichtung
- 9
- Ventilgehäuse
- 10
- Ventilkolben
- 11
- Halteelement
- 12
- Teilkolben
- 13
- Teilkolben
- 14
- Kammer,
Meßkammer
- 15
- Durchlaß
- 16
- Stellelement
- 17
- Reibungskupplung
- 18
- Betätigungsmechanismus
- 19
- Nehmerzylinder
- 20
- Wegeventil
- 21
- Motor
- 22
- Druckmittelpumpe
- 23
- Flüssigkeitsvorratsbehälter
- 24
- Rückschlagventil
- 26
- Druckspeicher
- 27
- elektronische
Steuereinrichtung
- 30
- hydraulische
Leitung
- 31
- Bremsausgleichsbehälter
- 32
- Meßstange
- 33
- Mittel
- 34
- hydraulische
Leitung
- 35
- hydraulische
Leitung
- 36
- Dichtung
- 37
- Dichtung
- 38
- Fläche
- 39
-
- 40
- Ventilkammer
- 41
-
- 42
- Stirnfläche