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Dokumentenidentifikation DE102005026603B4 26.04.2007
Titel Betätigungssystem für eine Fahrzeugkupplung
Anmelder ZF Friedrichshafen AG, 88046 Friedrichshafen, DE
Erfinder Fliege, Hans, Dipl.-Ing.(FH), 97531 Theres, DE;
Konrad, Andreas, Dipl.-Ing.(FH), 97531 Theres, DE;
Müller, Jeff, Dipl.-Ing., 97469 Gochsheim, DE;
Nagler, Franz, Dipl.-Ing.(FH), 97503 Gädheim, DE
DE-Anmeldedatum 09.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005026603
Offenlegungstag 21.12.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse F16D 48/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Betätigungssystem für eine Fahrzeugkupplung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der EP 0 371 975 B1 ist für eine Fahrzeugkupplung ein Betätigungssystem bekannt, das mindestens zwei Schaltventile aufweist, die an eine Druckluftversorgung angeschlossen sind. Für die Druckluftversorgung eines Aktuators wird ein erstes Schaltventil verwendet, das im Zusammenwirken mit einer Blende ein feindosiertes Einkuppelverhalten ermöglichen soll. Dieses Schaltventil muss nur vergleichsweise kleine Volumenströme ansteuern.

Ein zweites Schaltventil mit einer größeren Blende ist für einen größeren Volumenstrom konzipiert und dient der langhubigen Aktuatorbewegung. Bei dieser Ventilauslegung muss eine Druckversorgung stets gegen die Drosselwirkung der beiden Blenden ausgelegt sein. Die Blenden sind als Festblenden ausgelegt und folglich ist das Gesamtsystem fahrzeugspezifisch.

Beispielhaft beschreibt die DE 39 36 864 A1 ein Dualkupplungsystem, bei dem zwei Schaltventile für getrennte Kupplungsteile verwendet werden, wobei die Schaltventile jeweils Vorsteuerventile aufweisen. Der konkrete Aufbau der Schalt- oder Steuerventile wird nicht beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Betätigungssystem für eine Fahrzeugkupplung zu realisieren, bei dem einerseits große Volumenströme für eine schnelle Kupplungsbetriebsbewegung und andererseits kleine, jedoch sehr fein regulierbare Volumenströme angesteuert werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das zweite Schaltventil über ein Vorsteuerventil betätigt wird und das erste Schaltventil, das zweite Schaltventil und das Vorsteuerventil in einer Baueinheit zusammengefasst sind, wobei das zweite Schaltventil einen Ventilsitz in Verbindung einer Schaltmembran aufweist, wobei das zweite Schaltventil mit einer Doppelmembran ausgeführt ist, deren erste Membran mit dem Ventilsitz zusammenwirkt und deren zweite Membran mit der ersten Membran in Wirkverbindung steht, wobei die zweite Membran eine Schließkraft auf die erste Membran ausübt.

Das erste Schaltventil und das Vorsteuerventil können beispielsweise baugleich ausgeführt sein, um die Teilevielfalt innerhalb des Betätigungssystems zu begrenzen.

Im Hinblick auf geringstmögliche Leckagerisiken sind das erste Ventil, das zweite Ventil und das Vorsteuerventil in einer Baueinheit zusammengefasst.

Der Vorteil der Doppelmembran besteht darin, dass man zur Erzeugung einer Schließkraft auf die Verwendung einer besonders stark ausgelegten Schließfeder verzichten kann.

In der konventionellen Bauweise ist eine Fahrzeugkupplung selbstschließend, so dass man nur die Ausrückbewegung aktiv einleiten muss. Folglich könnte man Überlegungen anstellen, dass nur für die eine Betätigungsrichtung des Aktuators eine Ventilbestückung sinnvoll ist. Um jedoch insbesondere im Rangierbetrieb den optimalen Einkuppelzustand einstellen zu können, weist die Betätigungseinrichtung für beide Bewegungsrichtungen des Aktuators dieselbe Ventilbestückung auf.

Die Schaltventile zur Ansteuerung beider Bewegungsrichtungen sind zu einer Baueinheit zusammengefasst. Deshalb reduziert sich der Bauaufwand von Versorgungs- und Steuerleitungen für das Betätigungssystem im Fahrzeug.

Dabei ist vorgesehen, dass die Betätigungseinrichtung Luft als Betriebsmedium aufweist und die zweite Membran einerseits von einem durch das Vorsteuerventil einstellbaren Druck und andererseits von einem Abluftdruck beaufschlagt wird.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

1 Ersatzschaltbild des Betätigungssystems

2 Schnittdarstellung durch eine Baueinheit mit den Schaltventilen

Die 1 zeigt ein Betätigungssystem 1 für eine nicht dargestellte Fahrzeugkupplung. Eine mögliche Bauform einer Fahrzeugkupplung ist z. B. in der DE 197 16 600 A1, 1, dargestellt. Das Betätigungssystem umfasst eine Druckversorgungseinrichtung 3, die über eine Leitungsverbindung 5 drei Schaltventile 7; 9; 11 versorgt. Ein erstes magnetkraftangesteuertes 2/2-Wegeventil 7 mit den Schaltstellungen "Durchlass" und "Geschlossen" ist direkt mit einem Aktuator 13 verbunden, der auf die Kupplung 15 eine Ausrückbewegung ausübt. Der Aktuator ist als ein einfachwirkender Stellzylinder ausgeführt.

Das Schaltventil 9 in der Bauform eines 3/2-Wegeventils ist ebenfalls magnetkraftangesteuert und dient als Vorsteuerventil für das Schaltventil 11. Der Arbeitsdruck am Ausgang des Vorsteuerventils wirkt zusammen mit einer Rückstellfeder auf das Schaltventil 11. Eine Steuerleitung 15, ausgehend von einer Leitungsverbindung 17, ist ebenfalls am Schaltventil 11 angeschlossen, wobei der Steuerdruck, der dem Versorgungsdruck entspricht, der Steuerleitung 19, die ebenfalls mit dem Versorgungsdruck beaufschlagt ist, und der Rückstellfeder entgegenwirkt. Das Schaltventil 11 ist als ein 3/2-Wegeventil ausgeführt. Die die beiden Schaltventile 9; 11 einrahmende gestrichelte Linie soll verdeutlichen, dass die beiden Schaltventile 9; 11 zu einer Baueinheit zusammengefasst sein können.

In Einfahrrichtung des Aktuators 13 stehen ebenfalls drei Schaltventile 21; 23; 25 zur Verfügung, wobei das Ventil 21 über die Leitungsverbindung 27 den beiden Schaltventilen 23; 25 parallel geschaltet ist. Das Ventil 21 entspricht im Aufbau und in der Funktion dem Schaltventil 7. Das Schaltventil 23 ist als Vorsteuerventil dem Schaltventil 9 gleichzusetzen, genauso wie Schaltventil 25 dem Schaltventil 11.

Bei einer Ausrückbewegung werden die Schaltventile 7; 9; 11 mit Druckluft als Betriebsmedium versorgt. Je nach Betriebspunkt des Aktuators wird von einer nicht dargestellten Regeleinheit, die die Schaltventile 7; 9; 11 mit Stellströmen beaufschlagt, für kleinere Volumenströme, die eine feindosierte Versorgung des Aktuators mit Betriebsmedium erfordert, nur das Schaltventil 7 in eine Durchlassstellung bewegt. Das Vorsteuerventil 9 ist geschlossen, so dass auch das Schaltventil 11 die Blockierstellung einnimmt. Ebenso befinden sich die Schaltventile 2125 in der Blockierstellung. Soll von dem Aktuator ein größerer Stellweg zurückgelegt werden, dann öffnet das Vorsteuerventil 9 und das Schaltventil 11 wird in die Durchlassstellung bewegt, wobei das Schaltventil 11 einen deutlich größeren Volumenstromdurchsatz aufweist als das Schaltventil 7.

Bei einem Einkuppelvorgang verläuft die Ventilansteuerung entsprechend dem Vorbeschriebenen. Mit dem Schaltventil 21 lassen sich vergleichsweise kleine Volumenströme an einen Abluftanschluss 29 regeln. Dann sind die Schaltventile 7 bis 11 geschlossen. Soll der Aktuator 13 einen größeren Einkuppelweg zurücklegen, dann öffnet zusätzlich das Vorsteuerventil 23, das das Schaltventil 25 ebenfalls in die Durchlassstellung bewegt.

Die 2 zeigt das Betätigungssystem 1 mit einer Baueinheit 31, in der die gesamte Ventilbestückung mit den Schaltventilen 711 und 2125 für beide Bewegungsrichtungen des Aktuators 13 enthalten sind. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass die mit den Vorsteuerventilen 9, 23 zusammenwirkenden Schaltventile 11; 25 eine Schaltmembran 33, 35 in Verbindung mit einem Ventilsitz 37; 39 aufweisen. In den Schaltmembranen sind Ventilkörper 41, 43 angeordnet, die auf den Ventilsitzen 37; 39 zur Anlage kommen. Die Schaltmembranen 33, 35 weisen eine druckbeaufschlagte Fläche auf, die einerseits von dem Steuerdruck der Vorsteuerventile 7; 21 und dem Abluftdruck beaufschlagt werden. Dazu ist das Schaltventil 11 mit einer Doppelmembran ausgeführt, d. h., dass eine zweite Schaltmembran 45 über den Ventilkörper 41 mit der ersten Schaltmembran in Wirkverbindung steht, wobei der Druckunterschied zwischen dem Abluftanschluss 29 und dem Druck in der Leitungsverbindung 27 eine Schließkraft auf den Ventilkörper 41 aufüben. Aus der bildlichen Darstellung wird sofort ersichtlich, dass die Schaltventile 11; 25 deutlich größere Ventilkörper 41; 43 aufweisen als die Schaltventile 7; 21 und deshalb einen größeren Volumenstrom passieren lassen können.

Bei einer Ausrückbewegung strömt das Betriebsmedium von der Druckversorgungseinrichtung 3 durch den Leitungsabschnitt 47 zum ersten Schaltventil 7, das in der Durchlassstellung das Betriebsmedium über die Leitungsverbindung 27 zum Aktuator 13 gelangen lässt. Bei geöffnetem Vorsteuerventil, wie in der 2 dargestellt ist, wirkt der Versorgungsdruck einerseits auf die von der Schaltmembran 33 und dem Ventilkörper 41 gebildete druckbeaufschlagte Fläche und von der Gegenseite nur auf die Schaltmembran 33. Der Druck in der Leitungsverbindung 27, der auf die Unterseite des Ventilkörper 41 wirkt, liegt auch an der Schaltmembran 45 an, wodurch der Druck kompensiert ist, so dass nur der Versorgungsdruck und die Kraft einer Schließfeder 49 das Öffnungsverhalten des Ventilkörpers 41 bestimmen. Wenn das Vorsteuerventil 9 bestromt wird, ist die Verbindung mit der Druckversorgungseinrichtung unterbrochen, so dass ein Raum 51 zwischen der Schaltmembran 33 und der Oberseite des Ventilkörpers 41 mit dem Abluftanschluss 29 verbunden ist. Der Druckunterschied zwischen dem Versorgungsdruck und dem Abluftanschluss bewegt den Ventilkörper von seinem Ventilsitz 37 in die Durchlassstellung und ermöglicht den weiteren Strömungsweg über die Leitungsverbindung 27 zum Aktuator 13.


Anspruch[de]
Betätigungssystem für eine Fahrzeugkupplung, umfassend eine Druckversorgungseinrichtung, an der mindestens zwei einzeln ansteuerbare Schaltventile angeschlossen sind, wobei mindestens ein erstes Schaltventil für einen kleineren Volumenstrom zur Feindosierung einer Aktuatorbewegung und mindestens ein zweites Schaltventil für einen vergleichsweise größeren Volumenstrom vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass das zweite Schaltventil (11; 25) über ein Vorsteuerventil (9; 23) betätigt wird und das erste Schaltventil (7), das zweite Schaltventil (11) und das Vorsteuerventil (9) in einer Baueinheit (31) zusammengefasst sind, wobei das zweite Schaltventil (11; 25) einen Ventilsitz (37; 39) in Verbindung einer Schaltmembran (33; 35) aufweist, wobei das zweite Schaltventil (11) mit einer Doppelmembran ausgeführt ist, deren erste Membran (33) mit dem Ventilsitz (37) zusammenwirkt und deren zweite Membran (45) mit der ersten Membran (33) in Wirkverbindung steht, wobei die zweite Membran (45) eine Schließkraft auf die erste Membran (33) ausübt.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (1) für beide Bewegungsrichtungen des Aktuators (13) dieselbe Ventilbestückung aufweist. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltventile (711; 2125) zur Ansteuerung beider Bewegungsrichtungen zu einer Baueinheit (31) zusammengefasst sind. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (1) Luft als Betriebsmedium aufweist und die zweite Membran (45) einerseits von einem durch das Vorsteuerventil (7) einstellbaren Druck und andererseits von einem Abluftdruck beaufschlagt wird.






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