DE3922215A1 - Unterdruckkraftverstaerker fuer eine hydraulisch gesteuerte kupplungsbetaetigungseinrichtung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Unterdruckkraftverstärker für eine hydraulisch gesteuerte Kupplungsbetätigungseinrichtung für Kraftfahrzeuge, der eine große und eine kleine Vakuum­ kammer mit konstantem Druck, eine große und eine kleine Ar­ beitskammer mit veränderlichem Druck, zwei bewegliche Wände sowie eine durch einen Steuerkolben steuerbare Steuer­ ventileinrichtung aufweist, wobei die Bewegung der großen beweglichen Wand, hervorgerufen durch eine darauf wirkende Druckdifferenz auf einen Arbeitskolben übertragen wird, der in einem Hilfsgeberzylinder angeordnet ist und durch den Druckmittel zu einem die Kupplungsausrückgabel betätigenden Kupplungsnehmerzylinder zugeführt wird, wodurch eine dem Ausgangsdruck proportionale Reaktionskraft auf den Steuer­ kolben einwirkt, und wobei bei Ansteuerung des Unterdruck­ kraftverstärkers die Bewegungen von Arbeits- und Steuerkol­ ben einander entgegengesetzt sind.

Aus der älteren Anmeldung (DE-OS 36 08 699.1) der Anmelderin ist ein gattungsgemäßer Unterdruckkraftverstärker bekannt. Dort wird beschrieben, daß die Reaktionskraft an einer klei­ nen beweglichen Wand gebildet wird. Diese bildet gemeinsam mit Steuerkolben, großer beweglicher Wand und Übertragungs­ glied eine kleine Unterdruck- und eine kleine Arbeitskammer.

Als weniger vorteilhaft ist es bei dieser bekannten Ausfüh­ rung anzusehen, daß das Tellerventil die Verbindung zwischen der Atmosphäre und den Arbeitskammern freigeben kann, bevor das Zentralventil im Arbeitskolben geschlossen ist. Durch die Lage der Belüftungskanäle wird in aller Regel die große Arbeitskammer zuerst belüftet. Daher wirkt auf den Steuer­ kolben keine Reaktionskraft - die die Belüftung drosseln würde - aber auf den Arbeitskolben wird, bedingt durch die Druckdifferenz an der großen beweglichen Wand, eine Kraft in Betätigungrichtung ausgeübt. Da das Zentralventil noch nicht geschlossen ist, wird die Betätigungskraft nicht nur zum Nehmerzylinder weitergeleitet, sondern wirkt auch auf das Kupplungspedal. Derjenige, der das Pedal betätigt, erhält also einen u.U. sehr heftigen unangenehmen Schlag auf seinen Fuß und kann daher erschrecken, was zu Fehlreaktionen im Straßenverkehr führen kann.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, den be­ kannten Unterdruckkraftverstärker so zu verbessern, daß eine Rückwirkung oben beschriebener Art auf das Kupplungspedal mit Sicherheit ausgeschlossen ist, wobei das bewährte Funktionsprinzip unverändert übernommen werden soll.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Die wegabhängige Dros­ sel drosselt den Luftstrom in die große Arbeitskammer so lange, bis das Zentralventil geschlossen ist.

Die Unteransprüche beschreiben spezielle Ausführungsformen der Erfindung. Eine dieser Ausführungsformen und deren Funktion werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeich­ nungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Kupplungsbetätigungseinrichtung mit einem hydraulisch angesteuerten Unterdruck­ kraftverstärker,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Un­ terdruckkraftverstärkers im Axialschnitt und

Fig. 3 die erfindungsgemäße Drossel vergrößert im Schnitt.

In Fig. 1 ist mit 100 ein Kupplungspedal bezeichnet, dessen Hebel 101 an einem Bolzen 102 schwenkbar gelagert und mit­ tels einer Kolbenstange 103 mit einem in einem Geberzylinder 104 angeordneten Kolben 105 verbunden ist und der durch die Feder 106 in seine Ruhelage zurückgeführt wird. Weiterhin erkennt man die hydraulisch angesteuerte Verstärkereinrich­ tung 107, die aus einem Hilfsgeberzylinder 1 sowie einem Un­ terdruckkraftverstärker 2 besteht. Die Verstärkereinrichtung 107 ist einerseits über eine hydraulische Leitung 108 mit dem Geberzylinder 104 und andererseits über eine hy­ draulische Leitung 109 mit einem Kupplungsnehmerzylinder 110 verbunden, dessen Kolben 111 mittels einer Kolbenstange 112 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Ausrückgabel der Kupplung in Verbindung steht und in dem eine weitere Rückstellfeder 113 angebracht ist.

Der Aufbau der in Fig. 1 schematisch gezeigten Verstärker­ einrichtung 107 ist an einem Ausführungsbeispiel näher er­ läutert, das in Fig. 2 dargestellt ist. Wie bereits oben er­ wähnt, besteht die Verstärkereinrichtung 107 aus einem Un­ terdruckkraftverstärker 2 sowie einem daran angeflanschten Bremsgeberzylinder 1, der an dem Verstärkergehäuse 3 mittels Befestigungsbolzen 4 und Sicherungsmuttern 5 befestigt ist. Die Verbindung zwischen dem Verstärkergehäuse 3 und dem Hilfsgeberzylinder 1 ist mittels eines Dichtringes 6 abge­ dichtet. In einer zylindrischen Bohrung 7 des Hilfsgeber­ zylinders 1 ist ein Arbeitskolben 8 gleitend geführt, dessen in der Zeichnung rechtes Ende in den Innenraum des Verstär­ kergehäuses 3 hineinragt. Der Arbeitskolben 8 weist an sei­ nem vom Verstärkergehäuse 2 abgewandten Ende eine Ausnehnung 9 auf, an deren Stirnwand sich eine Druckfeder 10 abstützt, die den Arbeitskolben 8 in Ruhestellung in Richtung auf den Unterdruckkraftverstärker 2 zu vorspannt. In der Ausnehmung 9 befindet sich ein Zentralventil 11, das durch einen Ventilkörper 12, eine den Ventilkörper 12 in Schließrichtung vorspannende Druckfeder 13 sowie einen Halter 14 gebildet ist. Der Ventilkörper 12, der mit einem am Arbeitskolben 8 ausgebildeten Sitz 15 zusammenwirkt, ist an einem Ventil­ stift 16 befestigt, der in einer Axialbohrung 17 des Ar­ beitskolbens 8 geführt wird und dessen Aufgabe im Zusammen­ hang mit der Funktion der Kupplungsbetätigungseinrichtung näher erläutert wird. An seinem in der Darstellung linken Ende weist der Hilfsgeberzylinder eine Gewindebohrung 18 auf, die zum Anschluß der in Fig. 1 gezeigten hydraulischen Leitung 109 dient.

Der Arbeitskolben 8, der mit der Stirnwand der Bohrung 7 einen Druckraum 19 begrenzt, ist gegenüber der Bohrung 7 mittels einer Dichtmanschette 20 abgedichtet, die in einer Ringnut 21 an dessen Oberfläche angeordnet ist. Die den Ventilstift 16 aufnehmende Axialbohrung 17 geht im mittleren Teil des Arbeitskolbens 8 in eine weitere Axialbohrung 22 über, die mittels Radialkanälen 23 mit einem Ringraum 24 des Hilfsgeberzylinders 1 verbunden ist, der über eine radiale Gewindebohrung 25 mittels der in Fig. 1 gezeigten hy­ draulischen Leitung 108 mit dem Kupplungsgeberzylinder 104 in Verbindung steht.

Am in der Zeichnung rechten Ende des Hilfsgeberzylinders 1 stützt sich der Arbeitskolben 8 mit seinem radialen Ringbund 26 an einer Anschlagscheibe 27 ab, die durch eine Buchse 28 in Position gehalten wird, die wiederum in einem Abschnitt 29 der Bohrung 7 größeren Durchmessers mittels eines Sicherungsringes 30 gesichert ist und gegenüber dem Ab­ schnitt 29 mit Hilfe eines O-Ringes 31 abgedichtet ist. Die Buchse 28 dient gleichzeitig zur axialen Führung des Ar­ beitskolbens 8 und ist ihm gegenüber mittels einer Dicht­ manschette 32 abgedichtet, die in einer radialen Ausnehmung 33 der Buchse 28 angeordnet ist.

In der Axialbohrung 22 des Arbeitskolbens 8 ist ein Steuer­ kolben 34 koaxial verschiebbar angeordnet und mittels eines Dichtrings 35 abgedichtet. Der Steuerkolben 34, dessen Auf­ gabe weiter unten näher erläutert wird, hält u.a. mit seinem in der Zeichnung linken Ende in der Ruhestellung der Anord­ nung das Zentralventil 11 offen und stützt sich dabei am Rand seiner Stirnfläche in einer Abstufung 36 der Bohrung 22 ab.

Das Verstärkergehäuse 3 des mit dem Hilfsgeberzylinder 1 zusammenwirkenden Unterdruckhaftverstärkers 2 wird durch eine axial bewegliche Wand 37 in eine große Unterdruckkammer 38 und eine große Arbeitskammer 39 unterteilt. Die axial be­ wegliche Wand 37 besteht aus einem Membranteller 40 sowie einer am Membranteller 40 anliegenden flexiblen Membran 41, die im Bereich zwischen dem äußeren Umfang des Membrantel­ lers 40 und dem Verstärkergehäuse 3 eine Rollmembran 42 als Abdichtung bildet. Die große Unterdruckkammer 38 steht über ein nicht dargestelltes Rückschlagventil mit einer geeigne­ ten Unterdruckquelle, z.B. dem Saugrohr eines Ottomotors oder einer Vakuumpumpe in Verbindung. Der Membranteller 40 ist mit einem Steuerventilgehäuse 43 verbunden, das gegen­ über dem Verstärkergehäuse 3 mittels eines mit Führung ver­ sehenen Dichtrings 44 abgedichtet ist und zusammen mit einem radial innen liegenden Dichtsitz 45, einem radial außen lie­ genden Dichtsitz 46 sowie einem Tellerventilkörper 47 eine Steuerventileinrichtung des Unterdruckkraftverstärkers 2 bildet. Die Dichtfläche des Tellerventilkörpers 47 liegt in Ruhestellung der Anordnung am radial außen liegenden Dicht­ sitz 46 an und wird in Richtung auf diesen Dichtsitz 46 zu durch eine Druckfeder 48 vorgespannt, die sich mit dem an­ deren Ende an einem ins Steuerventilgehäuse 43 eingesetzten Verschlußstück 49 abstützt, das sowohl mit einer Luftein­ trittsöffnung 50, als auch mit mehreren radial verlaufenden Kanälen 51 versehen ist.

Am unterdruckkammerseitigen Ende ist am Steuerventilgehäuse 43 eine zylinderförmige zweiteilige Hülse 52 befestigt, die hilfszylinderseitig mit dem Arbeitskolben 8 verbunden ist. Die Hülse 52 wird vom Steuerkolben 34 durchdrungen, dessen rechtes Ende auch den innen liegenden Dichtsitz 45 bildet. Eine kleine Membran 53 bildet zusammen mit einem radialen Bund 54 am Steuerkolben 34 und einem Sicherungsring 55 eine kleine bewegliche Wand 56 und unterteilt den Innenraum der Hülse 52 in eine kleine Unterdruckkammer 57 und eine kleine Arbeitskammer 58. Letztere stehen über Kanäle 59, 60 jeweils mit den entsprechenden großen Kammern 38, 39 in Verbindung. Die kleine Membran 53 ist zwischen den beiden Teilen der Hülse 52 abgedichtet eingespannt. Durch eine in der kleinen Arbeitskammer 58 angeordnete Druckfeder 61 wird der Steuer­ kolben 34 in Richtung auf den Hilfsgeberzylinder 1 und das Zentralventil 11 zuvorgespannt. Die Druckfeder 61 stützt sich am Sicherungsring 55 und am Steuerventilgehäuse 43 ab.

Eine Radialbohrung 62 bildet zusammen mit einer Axialbohrung 63 im Steuerkolben im Kanal 59 und der kleinen Unterdruck­ kammer 57 die Verbindung zwischen den beiden großen Kammern 38,39, wenn der innen liegende Ventilsitz 45 vom Teller­ ventilkörper 47 abgehoben ist, also in der Ruhestellung. In der Ruhestellung wird der Steuerkolben 34 durch die Druck­ feder 61 mit einer Schulter 64 gegen einen am Arbeitskolben 8 anliegenden Vorsprung 65 der zylindrischen Hülse 52 axial vorgespannt.

Am zylindrischen Bereich 66 der beweglichen Wand 37 ist ein konisches elastisches Teil 67 befestigt, das die erfindungs­ gemäße Drossel bildet. Es besteht aus einem konischen ver­ steiften Abschnitt 68, der mit einer Ringfläche 69 dichtend am Verstärkergehäuse 3 anliegt, einem elastischen Abschnitt 70 und einer Haltezone 71, die fest und dichtend am zy­ lindrischen Bereich 66 anliegt. Das elastische Teil ist in Fig. 3 vergrößert dargestellt. Dort erkennt man die innen am versteiften Abschnitt 68 angebrachten Rippen 72, die paar­ weise neben Löchern 73 angeordnet sind und gemeinsam mit ihnen kleine Luftkanäle bilden, die zu Beginn der Belüftung der großen Arbeitskammer 39 nur wenig Luft in diese einlas­ sen.

Die Funktionsweise der Kupplungsbetätigungseinrichtung wird nachfolgend im Zusammenhang, insbesondere mit den Fig. 1 und 2, erläutert. Es wird dabei von der Ruhestellung der Anord­ nung ausgegangen, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.

Wie bereits oben erwähnt wurde, ist die große Unterdruck­ kammer 38 des Unterdruckkraftverstärkers 2 mit einer geeig­ neten Unterdruckquelle verbunden. Der von dieser Unterdruck­ quelle erzeugte Unterdruck pflanzt sich in der dargestellten Ruhestellung über die Unterdruckkanäle 59, die kleine Unter­ druckkammer 57, die Radialbohrung 62, die Axialbohrung 63 im Steuerkolben 34, den offenen radial innen liegenden Dicht­ sitz 45 und die Kanälchen in der Drossel bzw. einen Luft­ kanal zu den Arbeitskammern 39, 58 fort, so daß in der Ruhe­ stellung in allen Kammern 38, 39, 57, 58 Unterdruck herrscht.

Bei Betätigung der Anordnung durch Niedertreten des Kupp­ lungspedals 100 (Fig. 1) wird im Kupplungsgeberzylinder 104 ein hydraulischer Druck erzeugt, der sich durch die an die Gewindebohrung 25 angeschlossene Leitung 108, den Ringraum 24 und das offene Zentralventil 11 in Richtung Kupplungs­ nehmerzylinder 110 fortpflanzen kann. Bei einer weiteren Er­ höhung des hydraulischen Drucks wird die Kraft der Druck­ feder 61 überwunden und der Steuerkolben in Fig. 2 nach rechts verschoben. Dadurch gelangt der radial innen liegende Dichtsitz 45 am rechten Ende des Steuerkolbens 34 zunächst zur Anlage am Tellerventilkörper 47, wodurch die Verbindung zwischen den beiden Kammern 38, 39 und den beiden kleinen Kammern 57, 58 unterbrochen wird. Einer weiteren Drucker­ höhung im Druckraum 24 folgt eine weitere Bewegung des Steuerkolbens 34 nach rechts. Daraufhin wird der Teller­ ventilkörper 47 gegen die Wirkung der Federkraft der Druck­ feder 48 vom radial außen liegenden Dichtsitz 46 am Steuer­ ventilgehäuse 43 abgehoben, wodurch die Arbeitskammern 39, 58 über Kanäle bzw. die Löcher 73 im elastischen Teil 67 mit der Atmosphäre verbunden werden.

Nun schließt das Zentralventil 11. Auf die kleine bewegliche Wand 56 wirkt eine Druckdifferenz, die den Steuerkolben 34 nach links drückt. Dadurch verengt sich der Spalt zwischen außen liegendem Dichtsitz 46 und Tellerventilkörper 47. Außerdem wirkt auch auf die große bewegliche Wand 37 eine Druckdifferenz, da langsam in die große Arbeitskammer 39 Luft eingedrungen ist. Deswegen bewegt sich diese gemeinsam mit dem Arbeitskolben 8 nach links. Wenn das Zentralventil 11 mit Sicherheit geschlossen ist, ist die Elastizität des elastischen Abschnitts 70 des konischen elastischen Teils 67 erschöpft und die Ringfläche 69 hebt vom Verstärkergehäuse 3 ab. Weitere Luft kann in die große Arbeitskammer 39 eindrin­ gen und den Arbeitskolben 8 weiter nach 19 links treiben.

Daher wird im Hilfsgeberzylinder 1 ein verstärkter Druck aufgebaut, mit dem der Kolben 111 des Kupplungsnehmer­ zylinders 110 beaufschlagt wird. Der Vorgang dauert an, so­ lange die auf den Steuerkolben 34 einwirkende Betätigungs­ kraft größer ist als die an der kleinen beweglichen Wand 56 erzeugte Reaktionskraft, die bestrebt ist, den Steuerkolben 34 nach links zurückzuschieben. Sobald die Reaktionskraft aufgrund des fortschreitenden Druckanstiegs in der kleinen Arbeitskammer 58 überwiegt, wird der Steuerkolben 34 gegen­ über dem Steuerventilgehäuse 43 so weit nach links verscho­ ben, bis der Tellerventilkörper 47 am radial außen liegenden Dichtsitz 46 anliegt. Hierdurch wird eine weitere Zufuhr von Außenluft unterbrochen, so daß ein weiterer Druckanstieg in der großen Arbeitskammer 39 unterbleibt und der Unterdruck­ kraftverstärker 2 in seiner Betätigungsstellung verharrt. Bei einer Verringerung der Betätigungskraft am Kupplungs­ pedal 100 wird der Steuerkolben 34 von der Reaktionskraft der kleinen beweglichen Wand 56 weiter nach links bewegt, wodurch der radial innen liegende Dichtsitz 45 vom Teller­ ventilkörper 47 abhebt und ein Druckabbau von den Arbeits­ kammern 39, 58 zu den Unterdruckkammern 38, 57 hin erfolgt, so daß die Betätigung des Hilfsgeberzylinders 1 nachläßt oder bei vollständigem Abbau der Betätigungskraft beendet wird. Nachdem die Ringfläche 69 wieder am Verstärkergehäuse 3 an­ liegt, wird aus der großen Arbeitskammer 39 durch die Löcher 73 die Restluft abgesaugt.

Durch die Anzahl und Größe der Löcher 73 kann die Drossel­ wirkung variiert werden. Außerdem muß sichergestellt werden, daß der Schließweg des Zentralventils 11 kleiner ist als die Summe des Schließwegs des Tellerventils 47 am innen liegen­ den Dichtsitz 45 und der Elastizität des elastischen Ab­ schnitts 70.

Bezugszeichenliste

  1 Hilfsgeberzylinder
  2 Unterdruck-Kraftverstärker
  3 Verstärkergehäuse
  4 Befestigungsbolzen
  5 Sicherungsmutter
  6 Dichtring
  7 zylindrische Bohrung
  8 Arbeitskolben
  9 Ausnehmung
 10 Druckfeder
 11 Zentralventil
 12 Ventilkörper
 13 Druckfeder
 14 Halter
 15 Sitz
 16 Ventilstift
 17 Axialbohrung
 18 Gewindebohrung
 19 Druckraum
 20 Dichtmanschette
 21 Ringnut
 22 Axialbohrung
 23 Radialkanal
 24 Ringraum
 25 Gewindebohrung
 26 Ringbund
 27 Anschlagscheibe
 28 Buchse
 29 Abschnitt
 30 Sicherungsring
 31 O-Ring
 32 Dichtmanschette
 33 Ausnehmung
 34 Steuerkolben
 35 Dichtring
 36 Abstufung
 37 bewegliche Wand
 38 große Unterdruckkammer
 39 große Arbeitskammer
 40 Membranteller
 41 flexible Membran
 42 Rollmembran
 43 Steuerventilgehäuse
 44 Dichtring, verstärkt
 45 Dichtsitz, radial innenliegend
 46 Dichtsitz, radial außenliegend
 47 Tellerventilkörper
 48 Druckfeder
 49 Verschlußstück
 50 Lufteintrittsöffnung
 51 Kanal
 52 zylindrische Hülse
 53 kleine Membran
 54 radialer Bund
 55 Sicherungsring
 56 kleine bewegliche Wand
 57 kleine Unterdruckkammer
 58 kleine Arbeitskammer
 59 Kanal
 60 Kanal
 61 Druckfeder
 62 Radialbohrung
 63 Axialbohrung
 64 Schulter
 65 Vorsprung
 66 zylindrischer Bereich
 67 konisches elastisches Teil
 68 versteifter Abschnitt
 69 Ringfläche
 70 elastischer Abschnitt
 71 Haltezone
 72 Rippe
 73 Loch
100 Kupplungspedal
101 Hebel
102 Bolzen
103 Kolbenstange
104 Geberzylinder
105 Kolben
106 Feder
107 Verstärkereinrichtung
108 hydraulische Leitung
109 hydraulische Leitung
110 Kupplungs-Nehmerzylinder
111 Kolben
112 Kolbenstange
113 Rückstellfeder

Claims (4)

1. Unterdruckkraftverstärker für eine hydraulisch gesteuerte Kupplungsbetätigungseinrichtung für Kraftfahrzeuge, der eine große und eine kleine Unterdruckkammer, eine große und eine kleine Arbeitskammer mit veränderlichem Druck, zwei bewegliche Wände sowie eine durch einen Steuerkolben steuerbare Steuerventileinrichtung aufweist, wobei die Bewegung der großen beweglichen Wand, hervorgerufen durch eine darauf wirkende Druckdifferenz auf einen Arbeitskol­ ben übertragen wird, der in einem Geberzylinder angeord­ net ist und durch den Druckmittel zu einem die Kupplungs­ ausrückgabel betätigenden Nehmerzylinder zugeführt wird, wodurch eine dem Ausgangsdruck proportionale Reaktions­ kraft auf den Steuerkolben einwirkt, und wobei bei An­ steuerung des Unterdruckkraftverstärkers die Bewegungen von Arbeits- und Steuerkolben einander entgegengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Belüftungskanal, durch den die große Arbeitskammer (39) belüftbar ist, eine wegabhängige Drossel (67) einge­ setzt ist, die wirkungslos ist, sobald der Steuerkolben (34) eine vorbestimmte Wegstrecke zurückgelegt hat.

2. Unterdruckkraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drossel von einem elastischen Teil (67) gebildet wird, das dichtend auf einen zylindrischen Bereich (66) der großen beweglichen Wand (37) aufgespannt ist, das einen in axialer Richtung elastischen Abschnitt (70) und einen versteiften Ab­ schnitt (68), mit dem es dichtend am Verstärkergehäuse (3) anliegt, aufweist, wobei das elastische Teil (67) Löcher (73) aufweist, die einen gedrosselten Lufteinlaß in die große Arbeitskammer (39) ermöglichen.

3. Unterdruckkraftverstärker nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der der großen beweg­ lichen Wand (37) zugekehrten Seite des elastischen Teils (67) Versteifungsrippen (72) angebracht sind, die zu je­ dem Loch (73) führende Luftkanäle bilden.

4. Unterdruckkraftverstärker nach Anspruch 2, mit einer flexiblen Membran, die zur Abdichtung der beiden großen Kammern dient, dadurch gekennzeichnet, daß an der großen beweglichen Wand (37) bzw. an der flexiblen Membran (41), Versteifungsrippen angebracht sind, die zu jedem Loch (73) des elastischen Teils (67) führende Luftkanäle bilden.