DE19806420A1

DE19806420A1 - Hydraulic operating device for vehicle clutch units

Info

Publication number: DE19806420A1
Application number: DE19806420A
Authority: DE
Inventors: Ruediger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 1999-08-19

Abstract

The hydraulic operating device is part of a hydraulic system which is kept under initial pressure from the clutch pedal onwards via the setting piston. Possible losses of volume during each return stroke of the setting piston are leveled out by altering the hydraulic transmission ratio between the setting cylinder and the receiving cylinder. Before the piston (2) reaches the rest position. The boring (10) is overlapped by the double-lip seal (13), reducing the effective surface of one piston sector (2a) to that of the other (2b).

Description

1. Background of the patent application

Hydraulische Kupplungsbetätigungseinrichtungen von Kraftfahrzeugen bestehen im allge meinen aus einem Geberzylinder, der vom Kupplungspedal betätigt wird, und einem Nehmer zylinder, der direkt oder indirekt über mechanische Übertragungselemente auf das Kupp lungsausrücklager wirkt. Im unbetätigten Zustand steht das Hydrauliksystem über die geöffne te Ausgleichseinrichtung des Geberzylinders drucklos mit dem Nachlaufbehälter in Verbin dung. Dies hat zur Folge, daß beim Betätigen des Systems nicht unerhebliche Wegverluste auftreten, zum einen verursacht durch den notwendigen Schließweg der Druckausgleichsein richtung, zum anderen durch den Volumensverlust, der sich beim Druckaufbau im System durch die Dehnung der das System umschließenden Bauteile, sowie durch die, allerdings ge ringfügige Kompression der Druckübertragungsflüssigkeit und der häufig im System verblei benden Luftreste ergibt. Die wegen dieser Wegverluste zwischen Geberzylinder und Nehmer zylinder notwendigen Anpassung des Gesamtübersetzungsverhältnisses des Pedalwegs zum Ausrückweg des Kupplungsdrucklager führt zu einer Erhöhung der für die Kupplungsbetäti gung notwendigen Fußkraft.Hydraulic clutch actuation devices of motor vehicles generally exist mean a master cylinder operated by the clutch pedal and a slave cylinder that directly or indirectly via mechanical transmission elements on the dome release bearing works. In the unactuated state, the hydraulic system is above the open one te compensating device of the master cylinder pressurelessly in connection with the trailing tank dung. The consequence of this is that considerable losses are incurred when the system is operated occur, on the one hand caused by the necessary closing path of pressure equalization direction, on the other hand through the loss of volume that occurs when the pressure builds up in the system by the expansion of the components surrounding the system, as well as by the, however ge slight compression of the pressure transmission fluid and that often remains in the system residual air. The because of these path losses between the master cylinder and slave cylinder necessary adjustment of the overall gear ratio of the pedal travel to Release path of the clutch pressure bearing leads to an increase in that for the clutch actuation necessary foot strength.

2. Basic idea of the patent application

Der Anmeldung liegt der Gedanke zugrunde, das gesamte Betätigungssystem, vom Geberzy linder her, vorzuspannen, sodaß die erwähnten Wegverluste vermieden, bzw. wesentlich ver kleinert werden.The registration is based on the idea of the entire actuation system, from the Geberzy linder ago to preload so that the path losses mentioned avoided or ver be shrunk.

3. Subject of the patent application

Da ein einfaches Vorspannen des, in diesem Fall geschlossenen Kupplungssystems, vom Ge berzylinder her, wegen der Gefahr einer möglichen Verminderung des Ausrückwegs bei Ver lust oder Volumensänderungen der Hydraulikflüssigkeit im System in der Praxis nicht mög lich ist, wird hier eine Lösung vorgeschlagen, die das System über den Geberzylinder unter Vorspannung hält und trotzdem sicherstellt, daß Änderungen des eingeschlossenen Flüssig keitsvolumens bei der Betätigung des Systems ständig ausgeglichen werden. Dabei soll kein Mittel, das Fremdenergie benötigt, eingesetzt werden, z. B. eine elektrisch oder mechanisch angetriebene Pumpe (eventuell in Verbindung mit einem Speicher), die bei Bedarf hydrauli sches Medium in das System nachfüllt und somit evtl. aufgetretene Volumensverluste aus gleicht und die Ausgangsstellung des Kolbens des Geberzylinders konstanthält.Since a simple pretensioning of the, in this case closed coupling system by the Ge over cylinder, because of the risk of a possible reduction in the disengagement distance at Ver desire or volume changes of the hydraulic fluid in the system is not possible in practice Lich, a solution is proposed here that the system via the master cylinder under Prestresses and still ensures that changes in the trapped liquid volume when operating the system. No one should Means that require external energy are used, e.g. B. an electrical or mechanical driven pump (possibly in connection with an accumulator), which hydrauli refills the medium and thus any volume losses that may have occurred equals and keeps the starting position of the piston of the master cylinder constant.

Die Verwirklichung der o.a. Überlegungen geschieht mittels eines Geberzylinders, dessen wirksame Kolbenfläche beim Rückwärtshubes verkleinert wird, sodaß beim Erreichen des Hubendes, bzw. bei der Freigabe der Ausgleichseinrichtung (Ausgleichsbohrung, Bodensitz ventil o. ä.) sich noch ein Teil des beim Vorwärtshub des Geberzylinderkolbens verdrängten Volumens im Hydrauliksystem der Betätigungseinrichtung befindet, d. h., daß sich zu diesem Zeitpunkt der Kolben des Nehmerzylinders noch nicht ganz in seine Ruhelage zurückgekehrt ist. Dieses Restvolumen wird nach Erreichen des Öffnungspunktes der Ausgleichseinrichtung, die dabei wie ein Überdruckventil wirkt, vom Nehmerzylinderkolben in den Ausgleichsbehäl ter verdrängt.The realization of the above Considerations are done using a master cylinder, the effective piston area is reduced during the reverse stroke, so that when the End of stroke, or when the compensation device is released (compensation hole, floor seat valve or the like) is still a part of the displaced during the forward stroke of the master cylinder piston Volume is located in the hydraulic system of the actuator, d. that is, to this When the pistons of the slave cylinder have not yet fully returned to their rest position is. This remaining volume is reached after reaching the opening point of the compensation device, which acts like a pressure relief valve from the slave cylinder piston to the expansion tank ter ousted.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be schrieben: An embodiment is shown in the drawing and will be closer in the following wrote:

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Einen Längsschnitt des Geberzylinders, bei dem der horizontal geschnittene Kol ben einmal in seiner Ruheposition, zum anderen in Position des größtmöglichen Hu bes dargestellt ist. Fig. 1 is a longitudinal section of the master cylinder, in which the horizontally cut Kol ben is once shown in its rest position, on the other hand in the position of the largest possible Hu bes.

Fig. 2 Diagramm "Pedalbetätigungskraft und aus dem Geberzylinder verdrängtes Volumen über Pedalweg" der hydraulische Kupplungsbetätigung (halbschematische Darstel lung). Fig. 2 diagram "pedal actuation force and volume displaced from the master cylinder over pedal travel" of the hydraulic clutch actuation (semi-schematic presen- tation).

Fig. 1 zeigt den Geberzylinder (1), dessen Kolben (2) über das Kupplungspedal (3) und die Druckstange (4) betätigt wird und der die Hydraulikflüssigkeit des Kupplungssystems unter einem Druck hält, der so groß gewählt ist, daß über den Nehmerzylinder (nicht dargestellt) eine definierte Kraft auf das Ausrücklager der Kupplung ausgeübt wird. Dies erfolgt dadurch, daß durch die Kraft einer vorgespannten Feder (5), die über das Kupplungspedal (3) und die Druckstange (4) auf den Kolben (2) wirkt, die Dichtlippe der Kolbendichtung (8) des Kolbens (2) über die Ausgleichsbohrung (6) verschoben wird, wodurch das System vom Nachlaufbe hälter (7) abgetrennt und unter Druck gesetzt wird. Fig. 1 shows the master cylinder ( 1 ), the piston ( 2 ) via the clutch pedal ( 3 ) and the push rod ( 4 ) is actuated and which keeps the hydraulic fluid of the clutch system under a pressure which is chosen so large that the slave cylinder (not shown) a defined force is exerted on the clutch release bearing. This is done in that the force of a preloaded spring ( 5 ), which acts on the piston ( 2 ) via the clutch pedal ( 3 ) and the push rod ( 4 ), the sealing lip of the piston seal ( 8 ) of the piston ( 2 ) via the Compensating bore ( 6 ) is moved, whereby the system from the Nachlaufbe container ( 7 ) is separated and pressurized.

Im Geberzylinder (1) befindet sich der Kolben (2), der als Schaftkolben ausgebildet ist und der einen Kolbenabschnitt (2a), der den Durchmesser der Zylinderbohrring besitzt, und einen Schaftkolbenabschnitt (2b) aufweist. Die auf dem Kolben befestigte Dichtung (8) dichtet den Kolbenabschnitt (2a) gegen die Wand der Zylinderbohrung (1a) ab. Die fest mit dem Geber zylindergehäuse verbundene Schaftkolbenabdichtung (9) dichtet den Kolbenschaft (2b) nach außen ab.In the master cylinder ( 1 ) there is the piston ( 2 ), which is designed as a shaft piston and has a piston section ( 2 a), which has the diameter of the cylinder bore ring, and a shaft piston section ( 2 b). The seal ( 8 ) attached to the piston seals the piston section ( 2 a) against the wall of the cylinder bore ( 1 a). The shaft piston seal ( 9 ), which is firmly connected to the master cylinder housing, seals the piston shaft ( 2 b) to the outside.

Eine Nachlaufbohrung (10) verbindet den Ausgleichsbehälter (7) mit dem Ringraum (11), der sich zwischen dem Schaft des Kolbens (2) und der Zylinderbohrung (1a) erstreckt. Der Kol ben (2) weist einen Abschnitt (2c) mit einem gegenüber dem Schaftkolbenabschnitt (2b) ver kleinerten Durchmesser auf, in dem ein ringförmiges Schiebeventil (12) mit einem, gegen die Zylinderwandung dichtenden Doppellippendichring (13) angeordnet ist. Die axiale Bewegung des Schiebeventils wird gegenüber dem Kolben (2) durch die Stirnseite (2d) des Kolbenein stichs (2c) und gegen das Zylindergehäuse (1) durch den radial nach innen vorspringenen Ab satz (1b) begrenzt. Liegt das Schiebeventil (12) an dem Gehäuseabsatz (1b) an, deckt der Doppellippenring (13) die Nachlaufbohrung (10) ab. Damit ist die Verbindung zwischen dem Ringraum (11) und dem Ausgleichsbehälter (7) unterbrochen. Eine Kegelfeder (14) drückt das Schiebeventil (12) gegen die Stirnseite des Kolbeneinstichs (2d), bzw. gegen den Gehäu seabsatz (1b).A trailing bore ( 10 ) connects the expansion tank ( 7 ) to the annular space ( 11 ), which extends between the shaft of the piston ( 2 ) and the cylinder bore ( 1 a). The spool (2) comprises a portion (2 c) with respect to the shaft piston portion (2 b) ver been reduced in diameter, in which an annular slide valve (12) is arranged with one, sealingly against the cylinder double lip like ring (13). The axial movement of the slide valve is limited compared to the piston ( 2 ) by the end face ( 2 d) of the Kolbenein stitch ( 2 c) and against the cylinder housing ( 1 ) by the radially inwardly projecting from paragraph ( 1 b). If the slide valve ( 12 ) lies against the housing shoulder ( 1 b), the double lip ring ( 13 ) covers the trailing bore ( 10 ). The connection between the annular space ( 11 ) and the expansion tank ( 7 ) is thus interrupted. A conical spring ( 14 ) presses the slide valve ( 12 ) against the end face of the piston recess ( 2 d) or against the housing shoulder ( 1 b).

Functional description

Bei unbetätigter Kupplungsanlage verschiebt die Feder (5) über das Pedal (3) und die Druck stange (4) den Kolben (2) so weit, bis die Ausgleichsbohrung (6) von der Lippe der Kolben dichtung (8) überfahren wird und damit die Verbindung zwischen Ausgleichbehälter (7) und Druckraum (15) des Geberzylinders (1) unterbrochen ist. Die von der Feder (5) über das Pedal (3) und die Druckstange (4) auf den Kolben (2) ausgeübte Kraft erzeugt einen Druck im hy draulischen System, der über die Verbindungsleitung (nicht dargestellt) auf die Kolbenfläche des Nehmerzylinders (nicht dargestellt) wirkt und somit wiederum eine Kraft erzeugt, die als Vorlast auf das Ausrücklager der Kupplung (nicht dargestellt) wirkt.When the clutch system is not actuated, the spring ( 5 ) moves the piston ( 2 ) via the pedal ( 3 ) and the push rod ( 4 ) until the compensating bore ( 6 ) is run over by the lip of the piston seal ( 8 ) and thus the Connection between expansion tank ( 7 ) and pressure chamber ( 15 ) of the master cylinder ( 1 ) is interrupted. The force exerted by the spring ( 5 ) via the pedal ( 3 ) and the push rod ( 4 ) on the piston ( 2 ) creates a pressure in the hydraulic system, which (via the connecting line (not shown)) on the piston surface of the slave cylinder (not shown) acts and in turn generates a force that acts as a preload on the clutch release bearing (not shown).

Beim Auskuppelvorgang durch Bewegen des Pedals (3) nach links wird der Kolben (2) in der Zylinderbohrung ebenfalls nach links verschoben. Dabei vergrößert sich der Ringraum (11). So lange das Schiebeventil (12) noch am Absatz (1b) des Geberzylindergehäuses (1) anliegt und die Doppellippendichtung (13) die Nachlaufbohrung (10) abdeckt, strömt die Flüssigkeit aus dem Ausbleichbehälter (7) über eine, sich von der Wand der Zylinderbohrung (1a) abhe bende Dichtlippe der Doppellippendichtrings (13) in den sich vergrößernden Ringraum (11). When disengaging by moving the pedal ( 3 ) to the left, the piston ( 2 ) in the cylinder bore is also moved to the left. The annular space ( 11 ) increases. As long as the slide valve ( 12 ) is still on the shoulder ( 1 b) of the master cylinder housing ( 1 ) and the double lip seal ( 13 ) covers the trailing bore ( 10 ), the liquid flows out of the bleaching tank ( 7 ) via a, from the wall of Cylinder bore ( 1 a) lifting lip of the double lip sealing ring ( 13 ) in the enlarging annular space ( 11 ).

Nachdem der Weg (s) durchfahren ist, hebt die Stirnseite (2d) des Schaftkolbenabschnitts (2b) das Schiebeventil vom Absatz (1b) des Gehäuses (1) ab. Das Schiebeventil (12) mit sei nem Doppellippendichtring (13) gibt jetzt die Nachlaufbohrung (10) frei und folgt dem Kol ben (2) bis zum Erreichen des Maximalhubes. Die in Richtung Nehmerzylinder verdrängte Flüssigkeitsmenge ergibt sich aus dem Gesamtkolbenhub und der Fläche des Kolbenab schnitts (2a).After the path (s) has been traveled through, the end face ( 2 d) of the shaft piston section ( 2 b) lifts the slide valve off the shoulder ( 1 b) of the housing ( 1 ). The slide valve ( 12 ) with its double lip sealing ring ( 13 ) now releases the trailing bore ( 10 ) and follows the piston ( 2 ) until the maximum stroke is reached. The amount of liquid displaced in the direction of the slave cylinder results from the total piston stroke and the area of the piston section ( 2 a).

Beim Einkuppelvorgang bewegt sich der Kolben (2) aus seiner Maximalhubendlage zurück in Richtung der Ruhelage. Gemeinsam mit dem Kolben (2) bewegt sich das an der Stirnseite des Schaftkolbenabschnitts (2c) anliegende Schiebeventil (12) zurück, bis zum Erreichen des Ge häuseabsatzes (1b). Die aus dem sich verkleinernden Ringraum (11) verdrängte Flüssigkeit strömt über die Nachlaufbohrung (10) in den Ausgleichsbehälter (7) zurück. Kurz vor An schlagen an den Absatz (1b) verschließt die Doppellippendichtung (13) die Nachlaufbohrung (10), die den Ringraum (11) mit dem Ausgleichsbehälter (7) verbindet. Bei der weiteren Rückwärtsbewegung des Kolbens (2) kann das aus dem sich weiter verkleinernden Ringraum (11) verdrängte Flüssigkeitsvolumen nicht mehr zum Ausgleichsbehälter (7) abströmen, son dern tritt über die sich abhebende Dichtlippe der Kolbendichtung (8) in den Druckraum (15) des Geberzylinders (1) über. Das bedeutet, daß nur noch die Fläche des Schaftkolbenab schnitts (2b) wirksam wird und-sich somit das hydraulische Übersetzungsverhältnis zwischen Nehmer- und Geberzylinder in Richtung einer größeren Untersetzung ändert. Demnach hat beim Erreichen der Ausgleichsbohrung (6) durch die Dichtlippe der Kolbendichtung (8) der Kolben des Nehmerzylinders seine Ruheendlage noch nicht eingenommen. Das beim Durch fahren des verbleibenden Restwegs vom Nehmerzylinderkolben verdrängte Flüssigkeitsvolu men strömt über die Ausgleichsbohrung (6), die von der Dichtlippe der Kolbendichtung (8) freigegeben wird, in den Ausbleichsbehälter (7) ab.When engaging, the piston ( 2 ) moves from its maximum stroke end position back towards the rest position. Until reaching the Ge häuseabsatzes moves together with the piston (2) at the end face of the shaft piston portion (2 c) adjacent slide valve (12) back (1 b). The liquid displaced from the shrinking annular space ( 11 ) flows back into the expansion tank ( 7 ) via the trailing bore ( 10 ). Shortly before striking the paragraph ( 1 b), the double lip seal ( 13 ) closes the trailing bore ( 10 ), which connects the annular space ( 11 ) with the expansion tank ( 7 ). During the further backward movement of the piston (2) that can not flow away to the expansion tank (7) displaced from the further diminishing annular space (11) fluid volume countries son occurs over the contrasting sealing lip of the piston seal (8) into the pressure chamber (15) of the master cylinder ( 1 ). This means that only the area of the Schaftkolbenab section ( 2 b) becomes effective and thus the hydraulic transmission ratio between the slave and master cylinder changes in the direction of a larger reduction. Accordingly, when the compensating bore ( 6 ) has reached the sealing lip of the piston seal ( 8 ), the piston of the slave cylinder has not yet reached its rest position. When driving through the remaining distance from the slave cylinder piston displaced volume of liquid flows through the compensating bore ( 6 ), which is released by the sealing lip of the piston seal ( 8 ), into the expansion tank ( 7 ).

Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Kolben (2) nach jeder Hubbewegung in seine Aus gangslage zurückkehrt. Volumensverminderungen, die während der Ruhezeit der Betäti gungsanlage auftreten, z. B. durch Abkühlung der Hydraulikflüssigkeit im System, werden ausgeglichen.In this way it is ensured that the piston ( 2 ) returns to its starting position after each stroke. Volume reductions that occur during the rest of the supply system, z. B. by cooling the hydraulic fluid in the system are compensated.

Fig. 2 zeigt ein halbschematisches Funktionsdiagramm, in dem die Pedalbetätigungskraft (16) und das vom Geberzylinder verdrängte Volumen (21) über dem Pedalweg aufgetragen ist. FIG. 2 shows a semi-schematic functional diagram in which the pedal actuation force ( 16 ) and the volume ( 21 ) displaced by the master cylinder are plotted over the pedal travel.

Bei der Vorwärtsbewegung des Pedals, also beim Auskuppelvorgang, ist der Kraft-Weg- Verlauf am Pedal (16) dem Kraft-Weg-Verlauf am Ausrücklager der Kupplung in etwa pro portional. Das vom Geberzylinder in das geschlossene Hydrauliksystem verdrängte Volumen ergibt sich aus der Fläche des Kolbenabschnitts (2a) und dem Kolbenhub. Es besteht demnach ein in etwa linearer Zusammenhang zwischen Pedalweg und verdrängtem Volumen (21).During the forward movement of the pedal, that is to say during the disengagement process, the force-displacement curve on the pedal ( 16 ) is approximately proportional to the force-displacement curve on the clutch release bearing. The volume displaced by the master cylinder into the closed hydraulic system results from the area of the piston section ( 2 a) and the piston stroke. There is therefore a roughly linear relationship between pedal travel and displaced volume ( 21 ).

Bei (20) ist der größtmögliche Pedalweg erreicht.The greatest possible pedal travel is reached at ( 20 ).

Bei der Rückwärtsbewegung des Pedals, also beim Einkuppelvorgang, entspricht der Kraft- Weg-Verlauf zunächst der Kurve der Vorwärtsbewegung (auftretende Hysterese bleibt unbe rücksichtigt). Ebenso entspricht die Volumen-Weg-Kurve (21) der der Vorwärtsbewegung. Die oben erwähnte Reduzierung des wirksamen Kolbendurchmessers erfolgt bei (17) bzw. (22). Die auf das Pedal wirkende Kraft verringert sich im Verhältnis der druckbeaufschlagten Kolbenflächen, d. h. der Fläche des Kolbenabschnitts (2a) und der Fläche des Schaftkolbenab schnitts (2b). Nachdem die auf das Pedal wirkende Kraft auf den Punkt (18) abgesunken ist, verläuft die Kraftkurve (16), wie auch die Volumenskurve (21), entsprechend dem geänderten hydraulischen Übersetzungsverhältnis flacher als bei der Vorwärtsbewegung. Bei (19) bzw. (23) wird die Ausgleichsbohrung (6) von der Dichtlippe der Kolbendichtung (8) erreicht, bzw. eine anders gestaltete Ausgleichseinrichtung geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt hat der Nehmer zylinderkolben seine Ruhelage noch nicht ereicht. Das noch im System befindliche Restvo lumen wird unter Überdruck über die geöffnete Ausgleichseinrichtung in den Ausgleichsbe hälter (7) verdrängt.When the pedal is moved backwards, i.e. when the clutch is engaged, the force-displacement curve initially corresponds to the curve of the forward movement (any hysteresis that occurs is not taken into account). The volume-displacement curve ( 21 ) also corresponds to that of the forward movement. The above-mentioned reduction in the effective piston diameter takes place at ( 17 ) and ( 22 ). The force acting on the pedal is reduced in the ratio of the pressurized piston areas, ie the area of the piston section ( 2 a) and the area of the shaft piston section ( 2 b). After the force acting on the pedal has dropped to point ( 18 ), the force curve ( 16 ), like the volume curve ( 21 ), is flatter in accordance with the changed hydraulic transmission ratio than during the forward movement. At ( 19 ) or ( 23 ) the compensating bore ( 6 ) is reached by the sealing lip of the piston seal ( 8 ), or a differently designed compensating device is opened. At this point, the slave cylinder piston has not yet reached its rest position. The remaining volume in the system is displaced into the compensation tank ( 7 ) under overpressure via the opened compensation device.

Claims

1. Hydraulic actuating device, especially for clutch systems of motor vehicles, in which the hydraulic system, from the master cylinder, is kept under tension, consisting of a master cylinder and a slave cylinder, characterized in that the forward and reverse stroke of the pressure-generating piston of the master cylinder, different piston surfaces take effect and the hydraulic transmission ratio between the master and slave cylinders changes during the forward and reverse stroke.

2. Master cylinder according to claim 1, characterized in that it has a shaft piston and the change in the hydraulic transmission ratio thereby be the effect is that the piston is sealed against the cylinder wall during the forward stroke Face of the piston and the cross-sectional area of the sheep when the piston moves backwards tes, which is smaller than the piston face, takes effect.

3. Master cylinder according to claim 1, characterized in that the smaller cross section of the Shaft piston, by a suitable control device, only during any part of the reverse stroke takes effect.