Betätiqunqseinrichtunq sowie Kupplunqssvstem

Die Erfindung betrifft einen Nehmerzylinder für eine Kupplungsbetätigungseinrichtung eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder sonstigen Nutzfahrzeuges, mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse verschiebbar aufgenommenen Kolben sowie einem Betätigungslager, wobei der Kolben über einen Haltering verschiebefest mit einem Lagerring des Betätigungslagers verbunden ist. Des Weiteren betrifft die Er- findung eine Betätigungseinrichtung für eine Kupplung eines Kraftfahrzeuges, mit die- sem Nehmerzylinder. Auch betrifft die Erfindung ein Kupplungssystem für einen An- triebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer Kupplung sowie wiederum mit dieser Be- tätigungseinrichtung.

Gattungsgemäße Nehmerzylinder sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Die EP 1 937 991 B1 offenbart einen beispielhaften Nehmerzylinder mit axial spielbehaftetem Ringkolben.

In einigen Anwendungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, ist ein be- stimmtes Axialspiel zwischen dem Kolben und dem Betätigungslager gewollt, um die Montage des Betätigungslagers zu ermöglichen bzw. die weitere Montage des Neh- merzylinders sicherzustellen. Im Anwendungsbereich von Hybridsystemen, d. h. Hyb- ridantriebssträngen, in Kraftfahrzeugen hat es sich jedoch aufgrund der Anforderun- gen an eine möglichst genaue Momentensteuerung als nachteilig herausgestellt, wenn ein solches Axialspiel in dem Nehmerzylinder vorhanden ist. Durch das Axial- spiel kann unter Umständen eine Undefinierte Position des Kolbens erzeugt werden, sodass eine möglichst exakte Ansteuerung der Kupplung und somit eine Momenten- steuerung nur relativ schwierig oder gar nicht präzise genug durchzuführen ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere einen Nehmerzylinder zur Verfü- gung zu stellen, der eine möglichst präzise sowie nachvollziehbare Verstellung einer Kupplung ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Haltering sowohl einen fest an dem Lagerring anliegenden Abstützbereich als auch mehrere in einer radialen Rich- tung einer Längsachse des Kolbens vorgespannte Finger aufweist, wobei die Finger derart an einer Schräge des Kolbens anliegen, dass der Kolben durch die radiale Vor- spannkraft der Finger in einer axialen Richtung (der Längsachse) an den Lagerring angedrückt ist.

Dadurch sind das Betätigungslager und der Kolben in axialer Richtung möglichst spielfrei ineinander in Anlage. Das Axialspiel wird dadurch weitestgehend reduziert. Auch ist der Aufbau durch die Ausbildung des Halteringes möglichst einfach umge- setzt. Bei der Schräge des Kolbens kann es sich auch um einen Hinterschnitt oder dgl. handeln, in den die Finger des Halterings einschnappen und sie somit fixiert.

Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.

Der Aufbau wird weiter vereinfacht, wenn der Abstützbereich mittels einer das Betäti- gungslager in eine ausgerückte Ausgangsstellung vorspannenden Vorspannfeder (un- mittelbar) an einen ersten Scheibenbereich des Lagerrings angedrückt ist.

In diesem Zusammenhang ist es auch zweckmäßig, wenn der Kolben mittels des Hal- terings (unmittelbar) an einem zweiten Scheibenbereich des Lagerringes angedrückt ist.

Eine platzsparende Ausbildung des Betätigungslagers ist zudem gewährleistet, wenn der erste Scheibenbereich in einer radialen Richtung und/oder in der axialen Richtung der Längsachse des Kolbens versetzt zu dem zweiten Scheibenbereich angeordnet ist. Ist der Haltering in der axialen Richtung zwischen dem Abstützbereich und den Fin- gern mit einem ringförmigen Zentrierbereich ausgestattet, welcher Zentrierbereich ra- dial von außen an dem Lagerring (zentriert) anliegt, wird die Montage des Halterings weiter vereinfacht.

Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Finger von einer axialen Stirnseite des Zentrierbe- reiches aus abstehen. Dadurch ergibt sich eine noch einfacher herstellbare Form des Halterings.

Von Vorteil ist es auch, wenn die Schräge relativ zur Längsachse sowohl in der radia- len Richtung als auch in der axialen Richtung schräg / konisch angestellt ist / verläuft. Dadurch wird ein besonders einfach umsetzbares Mittel zur Verfügung gestellt, das gleichzeitig dazu führt, dass sich der Haltering selbst relativ zu dem Kolben zentriert bzw. der Kolben selbstständig relativ zu dem Betätigungslager zentriert.

Der Kolben nimmt weiter bevorzugt eine einen zwischen dem Kolben und dem Ge- häuse begrenzten Druckraum abdichtende Dichtung unmittelbar oder mittelbar auf.

Für die mittelbare Aufnahme hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn ein Dichtungsträger, der weiter mit dem Kolben verbunden ist, diese Dichtung aufnimmt. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Dichtung in axialer Richtung spielfrei an dem Kolben aufgenommen ist. Dadurch wird das vorhandene Axialspiel weiter reduziert. Alternativ hierzu ist es wiederum von Vorteil, insbesondere bei Aufnahme der Dich- tung über den Dichtungsträger, wenn die Dichtung in axialer Richtung relativ zu dem Kolben spielbehaftet an diesem Kolben aufgenommen ist.

Der Nehmerzylinder ist vorzugsweise als ein konzentrischer Nehmerzylinder ausgebil- det.

Zur verbesserten Ansteuerbarkeit des Nehmerzylinders ist es zudem von Vorteil, wenn dieser eine die Kolbenposition entlang eines Verschiebewegs des Kolbens er- fassende Sensoreinrichtung aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Betätigungseinrichtung für eine Kupplung ei- nes Kraftfahrzeuges, mit einem erfindungsgemäßen Nehmerzylinder nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen sowie einem fluidisch mit dem Neh- merzylinder wirkverbundenen Geberzylinder.

Auch betrifft die Erfindung ein Kupplungssystem für einen Antriebsstrang eines Kraft- fahrzeuges, mit einer Kupplung sowie mit dieser Betätigungseinrichtung.

In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß eine axial spielfreie Kol- benlageranbindung mittels eines Vorspannringes (Haltering) realisiert. Es wird vorge- schlagen, das Axialspiel zwischen einem Lager (Betätigungslager) und einem Kolben aus dem CSC (Nehmerzylinder) zu entfernen (um die Positionsmessung des Kolbens zu verbessern), indem der Vorspannring mit radial vorgespannten Fingern zwischen einem Lagerring und dem Haltering (Aufnahmering) für die Vorlastfeder integriert wird. Bei der Montage wird der Kolben aus dem Druckraum in Richtung Lager geschoben bis die vorgespannten Finger des Vorspannrings an eine Schräge des Kolbens schnappen und diesen somit fest am Lagerring fixieren.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nehmerzylinders nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei eine Anbindungsstelle eines Kolbens an einem Lagerring eines Betätigungslagers besonders gut zu er- kennen ist,

Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung des Nehmerzylinders nach Fig. 1 , wobei die

Schnittebene derart relativ zu der Schnittebene der Fig. 1 versetzt ist, dass nun eine die Position des Kolbens detektierende Sensoreinrichtung zu er- kennen ist, Fig. 3 eine Detailansicht des Nehmerzylinders nach Fig. 1 im Bereich des Betäti- gungslagers im Längsschnitt,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines in den Fign. 1 bis 3 eingesetzten Hal- terings,

Fign. 5a bis 5c mehrere Längsschnitte des Nehmerzylinders der Fign. 1 bis 3 in ver- schiedenen Montageschritten, wobei in Fig. 5a das Betätigungslager noch in axialer Richtung relativ verschieblich zu dem Kolben angeordnet ist, in Fig.

5b das Betätigungslager mit dem darauf angebrachten Haltering so weit in den Kolben hineingeschoben ist, dass mehrere Finger des Halterings in radi- aler Richtung nach innen vorgespannt sind, um durch eine Öffnung des Kol- bens hindurchgeschoben zu werden, und Fig. 5c die fertigmontierte Stellung des Betätigungslagers, in der die Finger in radialer Richtung derart nach au- ßen umgeschnappt sind, dass sie an einer Schräge des Kolbens unter Vor- spannung in radialer Richtung anliegen,

Fig. 6 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nehmerzylinders nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, in dem eine Dichtung des Kolbens an einem separaten Dichtungsträger aufgenommen ist, und

Fig. 7 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nehmerzylinders nach einem dritten Ausführungsbeispiel, in dem ein die Dichtung aufnehmen- der Dichtungsträger spielbehaftet an dem Kolben aufgenommen ist.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver- ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen ver- sehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungs- beispiele frei miteinander kombiniert werden.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Nehmerzylinder 1 nach einem ersten Ausfüh- rungsbeispiel hinsichtlich seines Aufbaus besonders gut zu erkennen. Der Nehmerzy- linder 1 ist als ein hydraulischer Nehmerzylinder 1 ausgebildet. Der Nehmerzylinder 1 ist auch als ein konzentrischer Nehmerzylinder 1 (CSC) ausgebildet. Der Nehmerzy- linder 1 ist im Betrieb zum Betätigen einer hier der Übersichtlichkeit halber nicht dar- gestellten Kupplung eingesetzt. Der Nehmerzylinder 1 ist in seinem bevorzugten Ein- satz / Betrieb somit Bestandteil einer Betätigungseinrichtung einer Kupplung. Mit dem Nehmerzylinder 1 ist dabei ein hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestell- ter Geberzylinder hydraulisch verbunden. Die Betätigungseinrichtung ist wiederum in ihrem Betrieb Bestandteil eines Kupplungssystems, zu dem auch eine Kupplung, wie eine Reibkupplung, gehört. Mittels des Nehmerzylinders 1 wird seitens eines Betäti- gungslagers 4 des Nehmerzylinders 1 ein entsprechendes Stellelement zum Bewegen der Kupplung zwischen ihrer eingerückten und ausgerückten Stellung verschoben.

Der Nehmerzylinder 1 weist auf typische Weise ein ringförmiges Gehäuse 2 auf, in- nerhalb dessen ein Kolben 3 in Form eines Ringkolbens entlang seiner Längsachse 8 verschiebbar geführt ist. Der Kolben 3 bildet mit dem Gehäuse 2 einen Druckraum 17 aus, an welchen Druckraum 17 im Betrieb der Geberzylinder hydraulisch angeschlos- sen ist. Der Kolben 3 weist in dieser Ausführung einen ringförmigen Grundkörper 19 auf, an dem in einem innerhalb des Gehäuses 2 dauerhaft angeordneten Bereich eine als Dichtring umgesetzte Dichtung 18 zur Abdichtung des Druckraums 17 zur Umge- bung hin aufgenommen ist.

Der Kolben 3 ist in Fig. 3 in seiner ausgerückten (Ausgangs-)Stellung dargestellt, wo bei ein fest an dem Gehäuse 2 angebrachter Anschlagsring 20 jene ausgerückte Stel- lung des Kolbens 3 definiert / absichert. Der Anschlagsring 20 ist so angeordnet, dass ein Herausrutschen des Kolbens 3 mit seiner Dichtung 18 aus dem Gehäuse 2 heraus behindert ist. Der Kolben 3 wird mittels einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten Vorspannfeder 11 in diese ausgerückte Stellung mit einer bestimmten Vorspannkraft vorgespannt. Die Vorspannfeder 11 ist in axialer Richtung zwischen dem Gehäuse 2 und einem ersten Lagerring 6 des Betätigungslagers 4 abgestützt / eingespannt. Die Vorspannfeder 11 ist in Bezug auf die Längsachse 8 radial innerhalb des Druckraums 17 angeordnet.

Hinsichtlich des Betätigungslagers 4 ist zu erkennen, dass der erste Lagerring 6 jener Lagerring des Betätigungslagers 4 ist, der verschiebefest mit dem Kolben 3 gekoppelt ist. Ein zweiter Lagerring 21 des Betätigungslagers 4 ist relativ zu dem ersten Lager- ring 6 wälzgelagert. Das Betätigungslager 4 ist als ein Schrägkugellager ausgebildet, sodass mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, den ersten Lagerring 6 rela- tiv zum zweiten Lagerring 21 wälzlagernde Wälzkörper 22 als Kugeln eingesetzt sind. Der erste Lagerring 6 ist als Lageraußenring ausgebildet und der zweite Lagerring 21 als radial innerhalb des ersten Lagerrings 6 angeordneter Lagerinnenring.

Erfindungsgemäß ist ein Haltering 5 zur spielfreien Abstützung des Kolbens 3 seitens des ersten Lagerringes 6 in axialer Richtung eingesetzt. Der Haltering 5 weist zum ei- nen einen Abstützbereich 7 auf, der fest an dem ersten Lagerring 6 abgestützt ist.

Zum anderen weist der Haltering 5 mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete sowie in einer radialen Richtung der Längsachse 8 vorgespannte Finger 9 (auch als Laschen / Nasen bezeichnet) auf, welche Finger 9 derart an einer Schräge 10 des Kolbens 3 anliegen, dass der Kolben 3 durch die radiale Vorspannkraft der Finger 9 in der axialen Richtung an dem ersten Lagerring 6 ebenfalls angedrückt ist. Der Halte- ring 5 ist folglich als ein Vorspannring ausgebildet und eingesetzt. Somit wird die spiel- freie Aufnahme des Kolbens 3 seitens des ersten Lagerringes 6 gewährleistet.

Zur axialen Fixierung des Abstützbereiches 7 des Halterings 5 ist dieser in axialer Richtung zwischen einem ersten Scheibenbereich 12 (auch als erster scheibenförmi- ger Stützbereich bezeichnet) des ersten Lagerrings 6 und einem Ende der Vorspann- feder 11 , aufgrund der Vorspannkraft der Vorspannfeder 11 axial festgelegt / einge- klemmt. Um eine möglichst gleichmäßige Auflage / Vorspannkraft von der Vorspann- feder 11 auf den Abstützbereich 7 zu erzielen, ist ein Aufnahmering 23 an dem Ende der Vorspannfeder 11 angeordnet und der Aufnahmering 23 wiederum an dem Ab- stützbereich 7 angedrückt.

Ein zweiter Scheibenbereich 13 (auch als zweiter scheibenförmiger Stützbereich be- zeichnet) des ersten Lagerrings 6 ist in axialer Richtung der Längsachse 8 auf einer den Wälzkörpern 22 entgegengelegenen Seite des ersten Lagerrings 6 ausgebildet und radial außerhalb des ersten Scheibenbereichs 12 angeordnet. Während der erste Scheibenbereich 12 in radialer Richtung nach innen vorsteht, steht der zweite Schei- benbereich 13 entsprechend in radialer Richtung nach außen vor. Der Kolben 3 ist in axialer Richtung mit seinem radial nach innen vorspringenden Verdickungsbereich 24 in axialer Richtung zwischen diesem zweiten Scheibenbereich 13 und dem Haltering 5, sprich den Fingern 9, in axialer Richtung spielfrei eingespannt.

In Verbindung mit Fig. 3 ist auch nochmals die Schräge 10 des Kolbens 3, die an dem Verdickungsbereich 24, nämlich auf einer dem zweiten Scheibenbereich 13 axial ab- gewandten Seite des Verdickungsbereiches 24, ausgebildet ist, näher zu erkennen. Die Schräge 10 ist als eine konische Anlagefläche umgesetzt und erstreckt sich in Be- zug auf die zentrale Längsachse 8 des Nehmerzylinders 1 des Kolbens 3 sowohl schräg in axialer Richtung als auch in radialer Richtung. Durch die radiale Vorspan- nung der Finger 9 / die Anlage der Finger 9 in radialer Richtung nach außen gegen diese Schräge 10 wird der Kolben 3 relativ zu dem Betätigungslager 4 selbsttätig zentriert.

Der Haltering 5 ist wiederum mittels einer zwischen den Fingern 9 und dem Abstütz- bereich 7 in axialer Richtung ausgebildeten Zentrierbereich 14 auf dem ersten Lager- ring 6 zentriert angeordnet / abgestützt. Die Finger 9 stehen dann von einer axialen Stirnseite 15 des Zentrierbereiches 14 aus ab (Fig. 4). In Fig. 4 ist gezeigt, dass meh- rere Finger 9 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt an dem Haltering 5 umgesetzt sind.

Im Zusammenhang mit Fig. 2 ist gezeigt, dass der Nehmerzylinder 1 eine Sensorein- richtung 25 aufweist, die ausgebildet ist, eine axiale Position des Kolbens 3 im Betrieb des Nehmerzylinders 1 entlang seines Verschiebeweges zu ermitteln. In Fig. 2 ist eine eingerückte Stellung des Kolbens 3 veranschaulicht, wobei der Kolben 3 somit wei- testgehend in den Druckraum 17 hineingeschoben ist bzw. in das Gehäuse 2 hinein- geschoben ist und der Druckraum 17 in seiner Größe minimal ist. Die Sensoreinrich- tung 25 weist einen fest an dem Gehäuse 2 aufgenommenen Sensor 26 (Wegsensor) auf, der zwei an dem Kolben 3 verschiebefest angebrachte Targets 27, bspw. in Form von Magneten, erfasst. Dadurch wird eine besonders Positionserfassung des Kolbens 3 ermöglicht. ln Verbindung mit den Fign. 5a, 5b, 5c ist eine Montage des Betätigungslagers 4 sei- tens des Kolbens 3 exemplarisch veranschaulicht. In einem ersten Schritt nach Fig. 5a wird das Betätigungslager 4, wobei seitens des ersten Lagerrings 6 bereits der Halte- ring 5 fixiert ist, in axialer Richtung in den Kolben 3 hineingeschoben. Gleichzeitig, da- mit der Kolben 3 nicht gegen das Gehäuse 2 übermäßig stark angedrückt wird und so- mit ggf. die Dichtung 18 beschädigt wird, wird, wie durch den Pfeil 28 ersichtlich, in dem Druckraum 17 ein künstlicher Druck bspw. mittels eines Luftdrucks, erzeugt, so- dass der Kolben 3 eine entgegengerichtete Kraft aufbringt. Daran im Anschluss wird gemäß Fig. 5b das Betätigungslager 4 weiter in den Kolben 3 hineingeschoben.

Hierzu werden die Finger 9 in radialer Richtung mittels des Verdickungsbereiches 24 nach innen elastisch vorgespannt. Nach einem vollständigen Einschieben des Betäti- gungslagers 4 in den Kolben 3 rasten die Finger 9 aufgrund ihrer radialen Vorspan- nung nach außen selbstständig hinter dem Verdickungsbereich 24 ein und drücken somit den Verdickungsbereich 24 selbsttätig gegen den zweiten Scheibenbereich 13. Dadurch ist die in axialer Richtung spielfreie Aufnahme des Kolbens 3 umgesetzt.

In Verbindung mit den Fign. 6 und 7 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele des erfin- dungsgemäßen Nehmerzylinders 1 veranschaulicht, die von dem ersten Ausführungs- beispiel abweichen. Der Kürze wegen werden nachfolgend lediglich die Unterschiede dieser Ausführungsbeispiele zu dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels be- schrieben.

In Fig. 6 ist zu erkennen, dass die Dichtung 18 des Kolbens 3 nicht mehr, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, unmittelbar an dem Grundkörper 19 in axialer Richtung spielfrei aufgenommen ist, sondern über einen Dichtungsträger 16 an dem Kolben 3 mittelbar aufgenommen ist. Der Dichtungsträger 16 ist mit dem Grundkörper 19 in axi- aler Richtung spielfrei weiter verbunden. Der Dichtungsträger 16 nimmt auch die Dich- tung 18 in axialer Richtung spielfrei auf. In diesem Zusammenhang ist es insbeson- dere vorteilhaft, wenn der Dichtungsträger 16 aus einem anderen Material besteht als der Grundkörper 19 und bevorzugt an diesem angespritzt ist. Somit ist bevorzugt eine so genannte Zwei-Kavitäts-Einspritzung realisiert. ln dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 der Dichtungsträger 16 separat zu dem Grundkörper 19 gefertigt und mit einem gewissen Spiel in axialer Richtung an dem Grundkörper 19 angebracht. Der Dichtungsträger 16 ist über eine formschlüssige Schnappverbindung an dem Grund- körper 19 angebracht. Der Dichtungsträger 16 nimmt wiederum die Dichtung 18 in axi- aler Richtung spielfrei auf.

In anderen Worten ausgedrückt, wird erfindungsgemäß ein Vorspannring 5 mit Vor- spannfingern (Finger 9) am Ausrücklager (Betätigungslager 4) zwischen Außenring (erster Lagerring 6) und Vorlastfeder-Haltering (Aufnahmering 23) angebracht. Wäh- rend der Ausrücklagermontage wird das Lager 4 festgehalten und der Kolben 3 wird mit Luftdruck ins Lager 4 gedrückt. Während der Montage wird der Vorspannring 5 vom Kolben 3 überfahren und radial gegen das Lager 4 (im elastischen Bereich) nie- dergedrückt. Sobald der Kolben 3 den Vorspannring 5 überfahren hat, springen die Vorspannfinger 9 in die Kolbenschräge (Schräge 10) und drücken den Kolben 3 ge- gen den Außenring 6. Damit wird eine konstante Kraft zwischen Ausrücklager 4 und Kolben 3 dargestellt, die für eine spielfreie Verbindung auch bei Vakuumdrücken sorgt. Die Flexibilität der Vorspannfinger 9 und die Schräge 10 am Kolben 3 sorgen für ein Toleranzausgleich und stellen eine Lagermontage unter allen Toleranzfällen si- eher. Diese Lösung ist prinzipiell für ein CSC 1 ohne Dichtringträger (Dichtungsträger 16) gedacht, kann aber auch in Kombination mit dem Dichtringträger 16 oder Stützrin- gen eingesetzt werden.

Bezuqszeichenliste Nehmerzylinder

Gehäuse

Kolben

Betätigungslager

Haltering

erster Lagerring

Abstützbereich

Längsachse

Finger

Schräge

Vorspannfeder

erster Scheibenbereich

zweiter Scheibenbereich

Zentrierbereich

Stirnseite

Dichtungsträger

Druckraum

Dichtung

Grundkörper

Anschlagsring

zweiter Lagerring

Wälzkörper

Aufnahmering

Verdickungsbereich

Sensoreinrichtung

Sensor

Target

Pfeil