DE4444381A1

DE4444381A1 - Druckübersetzer

Info

Publication number: DE4444381A1
Application number: DE4444381A
Authority: DE
Inventors: Uenal Gazyakan; Horst Roegner; Christof Zippel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1996-06-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsein richtung für ein Stellglied mit einer Leitung, die zu einem Gehäuse führt und einer Leitung, die zu einem Arbeitszylin der des Stellgliedes führt.

Auf vielen Gebieten der Technik gilt es, Stellbewegun gen eines Stellgliedes mit Hilfe eines Druckmediums zu steuern. Ein typischer Anwendungsfall ist beispielsweise die hydraulische Betätigung einer Lamellenkupplung. In der Regel wird diese Kupplung durch Befüllen eines Arbeitszy linders, in dem ein Kolben verschieblich angeordnet ist, geschlossen. Die Entleerung geschieht im drucklosen Zustand der Anschlußleitung unter Federkraft. Ein weiteres Beispiel ist die Zuschaltung eines Nebenaggregates. Hier kann es sich um einen Retarder handeln, der unter Last einem Ge triebe zugeschaltet wird. Als Druckmedium steht neben Hy drauliköl oft, vor allem auf dem Gebiet der Nutzkraftfahr zeuge, Druckluft zur Verfügung.

Die konstruktive Gestaltung und die räumliche Anord nung der Stellglieder gestalten sich oft schwierig. Wenn aus räumlichen Gründen der Zwang zu einer kleinen Bauweise besteht, ist ein hoher Schaltdruck erforderlich.

Im Kraftfahrzeugbau ist die zur Verfügung stehende Druckluft teilweise erheblich durch Nässe und Salz verun reinigt.

Aus Sicherheitsgründen ist ferner ein ausreichend ho her Schaltdruck stets zu gewährleisten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stellglied bzw. eine Betätigungseinrichtung für ein derartiges Stellglied zu schaffen, bei dem selbst unter räumlichen Einschränkungen ein ausreichend hoher Schalt druck gewährleistet ist. Das Stellglied bzw. dessen Betäti gungseinrichtung sollen ferner so beschaffen sein, daß nachteilige Auswirkungen bei verunreinigtem Druckmedium ausgeschaltet bzw. so gering wie möglich gehalten werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird da durch gelöst, daß das Gehäuse durch einen Stufenkolben und einen Schleppkolben in einen Zylinderraum, einen Ringraum und einen Hochdruckraum unterteilt ist, wobei eine Leitung an den Zylinderraum führt und die zum Arbeitszylinder füh rende Leitung an den Hochdruckraum sowie weitere Leitungen an den Ringraum angeschlossen sind.

Mit der vorgeschlagenen Anordnung sind Vorteile hin sichtlich der einsetzbaren Druckmedien, der Druckverstär kung und der konstruktiven Gestaltung der Betätigungsein richtung erzielbar. Wird eingangsseitig Druckluft verwen det, ist trotz kompakter Bauweise ein ausreichend hoher Betätigungsdruck für das Stellglied vorhanden. In den ein zelnen Arbeitsschritten sind die Funktionen: Selbstentlüf ten, Öffnen, Nachsaugen und Nachstellen gewährleistet. Die Verwendung zweier Druckmedien ist möglich, selbst wenn die se untereinander unverträglich sind.

Vorteilhafte bauliche Ausgestaltungen sind den Unter ansprüchen 2 bis 10 zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Abbildung einer Betäti gungseinrichtung für ein Stellglied und

Fig. 2 die Betätigungseinrichtung des Stellgliedes im schematischen Längs-Schnitt, ebenfalls in vereinfachter Darstellung.

In Fig. 1 ist eine Leitung 1 an ein Gehäuse 2 einer Betätigungseinrichtung 3 eines Stellgliedes 4 angeschlos sen. Die Leitung 1 führt ein Druckmedium, beispielsweise Hydraulik- bzw. Getriebeöl oder - wie hier - Druckluft.

Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein Stufenkolben 5 axial verschieblich in der Weise angeordnet, daß er durch das Druckmedium gegen die Kraft mindestens einer Feder 6 aus einer Ausgangslage nach rechts verschoben wird, bezogen auf die Zeichnung. Auf einem etwa stangenförmigen, zylindri schen Abschnitt 7 des Stufenkolbens 5 ist ein Schleppkol ben 8 begrenzt axial verschieblich, aber unverdrehbar gela gert. Der Schleppkolben 8 taucht in einen Hochdruckraum 9 des Gehäuses 2 ein. Zwischen dem Abschnitt 7 des Stufenkol bens 5 und dem Gehäuse 2 befindet sich ein Ringraum 10.

In diesem Ringraum 10 befindet sich die Feder 6.

Vom Ringraum 10 führt eine Leitung 11 über ein Druck begrenzungsventil 12 zu einem Tank 13.

Eine weitere Leitung 14 führt vom Ringraum über ein Rückschlagventil 15 zu einer Leitung 16, die eine Verbin dung zwischen dem Hochdruckraum 9 und einem Arbeitszylin der 17 des Stellgliedes 4 herstellt.

In den Abschnitt der Leitung 14, der zwischen dem Ringraum 10 und dem Rückschlagventil 15 liegt, mündet eine Leitung 18. Diese Leitung führt vom Tank 13 über ein weite res Rückschlagventil 19 unter bestimmten Voraussetzungen Hydrauliköl in die Leitung 14.

Die Betätigungseinrichtung 3 ist in Fig. 2 im Längs- Schnitt dargestellt. Die Leitung 1 mündet in einen Zylin derraum 20 des Gehäuses 2. Bei druckbeaufschlagter Lei tung 1 wird der Stufenkolben 2 auf seiner Kreisfläche 21 mit Druckluft beaufschlagt. Wie nachfolgend noch zu erläu tern ist, wird das im Hochdruckraum 9 eingeschlossene Hydrauliköl durch eine Kreisfläche 22 beaufschlagt (diese wird anteilig aus einer Kreisfläche des Stufenkolbens und einer Ringfläche des Schleppkolbens 8 gebildet).

Der Eingangsdruck des Druckmediums (Luft) in der Lei tung 1 erzeugt einen um die Flächenverhältnisse 21 zu 22 vergrößerten Druck im Hochdruckraum 9. Dieser Druck wird hierbei um die Anteile vermindert, die aus dem Haltedruck im Ringraum 10 und der Rückstellkraft der Feder 6 resultie ren.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß zwischen dem Ringraum 10 und dem Hochdruckraum 9 über radial gerichtete Bohrungen 23 eine Verbindung besteht. Diese Verbindung ist, abhängig von der relativen Lage des Stufenkolbens 5 und des Schleppkolbens 8 zueinander, geöffnet (wie dargestellt) oder geschlossen. Vom Hochdruckraum 9 führt die Leitung 16 und vom Ringraum 10 die Leitung 14 als gemeinsame Leitung zum Arbeitszylinder 17. Im Arbeitszylinder 17 ist ein Ring kolben 24 gleitend axial geführt. Wird der Arbeitszylinder mit Druckmedium (Öl) beaufschlagt, legt er sich gegen die Kraft von Rückstellfedern 25 an ein Betätigungsglied 26 einer selbst nicht dargestellten Lamellenkupplung an. Im weiteren Verlauf der Bewegung des Ringkolbens 24 wird die Lamellenkupplung geschlossen.

Anstelle einer Lamellenkupplung können selbstverständ lich andere Elemente betätigt bzw. zu- oder abgeschaltet werden. Beispielsweise kann es sich um eine Betätigungsein richtung handeln, mit der Nebenaggregate zu- oder abge schaltet werden. Es kann sich auch um einen Primär-Retarder handeln, der unter Last einem Getriebe zugeschaltet wird. Beim erläuterten Ausführungsbeispiel wird mit der Betäti gungseinrichtung 3 eine Lamellenkupplung in einem Getriebe geschaltet. Hierzu ist die Betätigungseinrichtung im Ge triebe eingebaut. Für den Fachmann ist klar, daß die zu betätigenden Bauteile und die in Frage kommenden Anwen dungsfälle vielfältig sein können.

Die vorstehend erläuterte Anordnung funktioniert wie folgt:

1. Arbeitsschritt - Leerhub

Beim Zuschalten von Druckmedium (Druckluft oder Hy drauliköl) verdrängt die aus dem Stufenkolben 5 und dem Schleppkolben 8 gebildete Baueinheit Druckflüssigkeit aus dem Ringraum 10 und dem Hochdruckraum 9 in den Arbeitszy linder 17. Dieser Vorgang hält an, solange sich der Ring kolben 24 gegen die Kraft der Rückstellfedern 25 bzw. nur mit geringem Widerstand bewegen läßt, wie dies beim Über winden des Lüftspiels einer Lamellenkupplung der Fall ist. Das Rückschlagventil 19 in der vom Tank 13 kommenden Lei tung 18 ist geschlossen. Das Rückschlagventil 15 in der Leitung 14 ist geöffnet. Das Druckbegrenzungsventil 12 ist nicht geschaltet (geschlossen).

2. Arbeitsschritt - Lasthub

Während des Leerhubs, spätestens jedoch bei zunehmen dem Widerstand am Ringkolben 24 (Druckaufbau bzw. Druckhal ten an einer Lamellenkupplung), wird die bestehende Verbin dung vom Ringraum 10 zum Hochdruckraum 9 durch Verschließen der radial gerichteten Bohrungen 23 geschlossen. Bei weite rer Druckerhöhung begrenzt das Druckbegrenzungsventil 12 den Druck im Ringraum 10.

Die Rückschlagventile 19 und 15 sind geschlossen. Der in der Leitung 1 herrschende Druck (Eingangsdruck) der Druckluft erzeugt einen um das Verhältnis der Kreis flächen 21 zu 22 erhöhten Druck im Hochdruckraum 9.

Dieser Hochdruck wird um die Anteile des im Ring raum 10 herrschenden Haltedrucks und um die Rückstellkraft, die die Feder 6 aufbringt, gemindert.

Eventuelle Gaseinschlüsse im Druckmedium können sich (wenn auch erst nach mehreren Schaltvorgängen) im Ringraum 10 ansammeln. Beim Ansprechen des Druckbegrenzungsventils 12 werden zuerst diese Gaseinschlüsse ausgeschoben. Dies ist vorteilhaft, weil hierdurch die Funktion des Selbstentlüf tens gegeben ist.

3. Arbeitsschritt - Öffnen:

Nach Abschalten des in der Leitung 1 herrschenden Ein gangsdruckes werden der Schlepp- und Stufenkolben 8, 5 und der Ringkolben 24 durch Federkraft in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt. Dabei befüllt das aus dem Arbeitszylinder 17 entweichende Öl zunächst den Hochdruckraum und ferner den Ringraum 10, sobald die Verbindung zwischen diesen Räumen durch Freigabe der Bohrungen 23 geöffnet ist. Hierbei sind die Rückschlagventile 19 und 15 sowie das Druckbegrenzungs ventil 12 geschlossen. Die Bohrungen 23 sind, wie ausge führt, geöffnet.

4. Arbeitsschritt - Nachsaugen

Das während des Lasthubes (2. Arbeitsschritt) am Druckbegrenzungsventil 12 abgespritzte Öl fehlt in der Men genbilanz. Sobald sich der Ringkolben 24 in seiner Endlage befindet, wird durch die Rückstellfeder 6 am Stufenkolben 5 ein Unterdruck erzeugt. Dieser Unterdruck öffnet das Rück schlagventil 19 und ermöglicht ein Nachsaugen von Flüssig keit aus dem Tank 13. Dieser Vorratsbehälter kann auch re lativ tief liegend angeordnet sein. In vorteilhafter Weise ist hiermit die Funktion des Selbstansaugens gewährleistet.

Durch Rückführung des Schlepp- und Stufenkolbens 8, 5 in die Ausgangslage (Fig. 2) wird auch bei Vergrößerung des Stellweges des Ringkolbens 24, wie er beispielsweise durch Lamellenverschleiß auftreten kann, die Ölmenge ständig dem aktuellen Bedarf angepaßt. Somit ist in vorteilhafter Weise die Funktion des Selbstnachstellens gewährleistet.

Im vorliegenden Fall dient die Betätigungseinrich tung 3 der Betätigung einer Lamellenkupplung innerhalb ei nes Getriebes. Durch den Wechsel des Druckmediums von Druckluft auf das ohnehin im Getriebe vorhandene Öl wird der erforderliche Aufwand für die Dichtungen am Ringkol ben 24 (gegenüber einem druckluftbetätigten Ringkolben) reduziert. Die Gefahr des Entweichens von Druckluft in das Innere des Getriebes für den Fall, daß Dichtungen versagen, ist zuverlässig ausgeschlossen.

Im Kraftfahrzeugbau ist die zur Verfügung stehende Druckluft stark durch Nässe und Salz verunreinigt. Durch den Übergang von Druckluft auf Öl kommt, durch die kon struktive Gestaltung der Betätigungseinrichtung 3 unter stützt, nur ein sehr begrenzter Anteil der Bauteile mit dieser Druckluft in Kontakt. Somit lassen sich Korrosions schutzmaßnahmen auf ein Minimum reduzieren.

Durch die doppelseitige Abdichtung des Stufenkolbens 5 durch Dichtringe 27 ist die Verwendung zweier Druckmedien möglich, selbst wenn diese untereinander unverträglich sind.

Bezugszeichenliste

1 Leitung
2 Gehäuse
3 Betätigungseinrichtung
4 Stellglied
5 Stufenkolben
6 Feder
7 zylindrischer Abschnitt
8 Schleppkolben
9 Hochdruckraum
10 Ringraum
11 Leitung
12 Druckbegrenzungsventil
13 Tank
14 Leitung
15 Rückschlagventil
16 Leitung
17 Arbeitszylinder
18 Leitung
19 Rückschlagventil
20 Zylinderraum
21 Kreisfläche
22 Kreisfläche
23 Bohrung
24 Ringkolben
25 Rückstellfeder
26 Betätigungsglied
27 Dichtring

Claims

1. Betätigungseinrichtung (3) für ein Stellglied (4) mit einer Leitung (1), die zu einem Gehäuse (2) führt und einer Leitung (16), die zu einem Arbeitszylinder (17) des Stellgliedes (4) führt, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (2) durch einen Stufenkolben (5) und einen Schleppkolben (8) in einen Zylinderraum (20), einen Ringraum (10) und einen Hochdruckraum (9) unterteilt ist und daß die Leitung (1) an den Zylinderraum (20) und die zum Arbeitszylinder (17) führende Leitung (16) an den Hochdruckraum (9) und weitere Leitungen (11, 14 und 18) an den Ringraum (10) angeschlossen sind.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufen- und der Schleppkolben (5, 8) zueinander axial verschiebbar im Ge häuse (2) gelagert sind und daß abhängig von ihrer relati ven Lage eine Verbindung vom Ringraum (10) zum Hochdruck raum (9) geöffnet oder geschlossen ist.

3. Betätigungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ring raum (10) eine Leitung (14) über ein Rückschlagventil (15) zur Leitung (16) führt.

4. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Leitungsab schnitt der Leitung (14) zwischen dem Ringraum (10) und dem Rückschlagventil (15) die Leitung (18) mündet, die von ei nem Tank (13) über ein Rückschlagventil (19) kommt.

5. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (11) vom Ringraum (10) über ein Druckbegrenzungsventil (12) zum Tank (13) führt.

6. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (5) durch mindestens eine im Ringraum (10) angeordnete Rück stellfeder (6) belastet ist.

7. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum (20) einen kreisförmigen Querschnitt mit der Fläche (21) und der Hochdruckraum (9) einen kreisförmigen Querschnitt mit der Fläche (22) aufweist und daß der in der Leitung (1) herr schende Eingangsdruck einen um die Flächenverhältnisse (21 zu 22) vergrößerten Druck im Hochdruckraum (9) erzeugt.

8. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Ring raum (10) und dem Hochdruckraum (9) bestehende Verbindung durch Bohrungen (23) im Schleppkolben (8) gebildet ist.

9. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (1) Druck luft führt, während auf der anderen Seite des Stufenkol bens (5) Getriebe- oder Hydrauliköl anliegt.

10. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleppkolben (8) hohl ist und axial verschieblich auf einem Abschnitt (7) des Stufenkolbens (5) geführt ist.