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Die Erfindung betrifft ein Ausrücksystem zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung eine Kupplungsvorrichtung mit einem derartigen Ausrücksystem.
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Betätigungseinrichtungen für Kupplungen sind beispielsweise aus der
DE 10 2014 223 130 A1 bekannt. Darin ist eine fluidtechnische Betätigungseinrichtung für eine Kupplungseinrichtung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs beschrieben.
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Die Betätigungseinrichtung weist eine Geberseite mit einem fluidtechnischen Geber und eine Nehmerseite mit einem fluidtechnischen Nehmer auf, wobei die Betätigungseinrichtung zwischen der Geberseite und der Nehmerseite eine mehrstufig schaltbare fluidtechnische Übersetzung aufweist.
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Als weiterer Stand der Technik wird auf die
JP 2017- 44 320 A verwiesen, die einen Nehmerzylinder für eine Kupplung mit einem konzentrisch um einen Hauptkolben angeordneten Zweitkolben beschreibt. In unterschiedlichen Betriebszuständen wird auf den Hauptkolben durch die Hydraulikflüssigkeit, in Abhängigkeit der Beteiligung des Zweitkolbens, eine größere oder kleinere Kraft ausgeübt.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausrücksystem anzugeben, welches kostengünstig und platzsparend herstellbar ist sowie hohe Drehmoment- und/oder Dynamikanforderungen erfüllt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ausrücksystem zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung.
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Das Ausrücksystem umfasst ein Gehäuse, welches sich entlang einer Längsachse erstreckt, und eine Kolbenvorrichtung zum Verschieben eines Einrücklagers, wobei die Kolbenvorrichtung und das Gehäuse einen Druckraum für ein Hydraulikmedium begrenzen.
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Die Kolbenvorrichtung weist einen äußeren Kolben auf, der entlang der Längsachse relativ zu dem Gehäuse verschiebbar ist. Dabei umfasst der äußere Kolben einen Druckabschnitt mit einer dritten Druckfläche, die in Richtung des Druckraums orientiert ist.
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Die Kolbenvorrichtung weist ferner wenigstens einen inneren Kolben auf, welcher relativ zum äußeren Kolben verschiebbar ist. Dabei weist der wenigstens eine innere Kolben einen Kolbenabschnitt und einen Kolbenstangenabschnitt auf, der in dem äußeren Kolben oder an dem Druckabschnitt geführt ist.
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Der Kolbenabschnitt umfasst eine erste Druckfläche, die in Richtung des Druckraums und auf der Kolbenstangenabschnittseite orientiert ist. Der Kolbenstangenabschnitt kann an dem Kolbenabschnitt angeordnet sein oder mit dem Kolbenabschnitt verbunden und/oder einstückig ausgebildet sein. Aus diesem Umstand heraus ergibt sich eine Kolbenstangenabschnittseite, bei der der Kolbenabschnitt an dem Kolbenstangenabschnitt angeordnet oder mit dem Kolbenstangenabschnitt verbunden ist.
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Beispielsweise kann der wenigstens eine innere Kolben zu dem äußeren Kolben konzentrisch angeordnet sein. Auch kann der äußere Kolben mehrteilig aufgebaut sein. Der äußere Kolben kann zweiteilig ausgebildet sein oder zwei Ringe aufweisen. Der wenigstens eine innere und/oder der äußere Kolben und/oder das Gehäuse kann rotationssymmetrisch, z. B. zu einer Längsachse, ausgeführt sein.
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Der Kolbenabschnitt umfasst darüber hinaus eine zweite Druckfläche, die in Richtung des Druckraums und auf der Kolbenstangenabschnittseite abgewandten Seite orientiert ist.
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Dabei ist die Kolbenvorrichtung derart ausgebildet, dass in einem ersten Zustand der Kolbenabschnitt des wenigstens einen inneren Kolbens und der Druckabschnitt des äußeren Kolbens in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, wodurch im ersten Zustand die Differenz aus erster und zweiter Druckfläche zur Druckbeaufschlagung mit einem Hydraulikmedium zur Verfügung steht.
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Darüber hinaus ist die Kolbenvorrichtung derart ausgebildet, dass in einem zweiten Zustand der Kolbenabschnitt des wenigstens einen inneren Kolbens und der Druckabschnitt des äußeren Kolbens aneinander anliegen, wodurch im zweiten Zustand wenigstens die zweite Druckfläche des Kolbenabschnitts zur Druckbeaufschlagung zur Verfügung steht.
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Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee kann darin gesehen werden, dass der innere Kolben im ersten Zustand bei Druckerhöhung im Druckraum schnell verschiebbar ist. Dabei wird im Wesentlichen ein Hydraulikmedium, wie z. B. Öl, zwischen dem inneren und dem äußerem Kolben bzw. zwischen dem Kolbenabschnitt und dem Druckabschnitt verdrängt und im Druckraum umverteilt. Für eine Druckerhöhung im Druckraum bedarf es folglich nur einer geringen Menge an Hydraulikmedium, die in den Druckraum gefördert werden muss. Dabei bewegt sich also hauptsächlich oder lediglich der wenigstens eine innere Kolben, wobei eine geringe Kraft auf ein Einrücklager, das mit dem wenigstens einen inneren Kolben verbindbar ist, einwirken kann. Somit kann der wenigstens eine innere Kolben entlang der Längsachse relativ zu dem Gehäuse und zu dem äußeren Kolben verschoben werden.
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In dem zweiten Zustand bedarf es für eine Druckerhöhung im Vergleich zum ersten Zustand einer größeren Menge an Hydraulikmedium beziehungsweise ist die Förderung von mehr Volumen des Hydraulikmediums pro Zeiteinheit in den Druckraum erforderlich, um den gleichen Weg wie der wenigstens eine innere Kolben alleine zurückzulegen. Im zweiten Zustand sind nämlich der wenigstens eine innere und der äußere Kolben miteinander oder gemeinsam verschiebbar, sodass der Weg der beiden Kolben einem Mehr an Hydraulikmedium in dem sich vergrößernden Druckraum im Vergleich zum ersten Zustand bedarf. Auf diese Weise werden der wenigstens eine innere und äußere Kolben langsam bewegt (ebenfalls im Vergleich zu ersten Zustand), jedoch können diese mit größerer Kraft auf ein Einrücklager, das mit dem wenigstens einen inneren Kolben verbindbar ist, einwirken.
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Das bedeutet im Ergebnis, dass mit einer niedrigen Übersetzung und wenig Kraft schnell bis zu einem Umschaltpunkt vorgefahren werden kann (erster Zustand) und anschließend auf eine hohe Übersetzung gewechselt werden kann (zweiter Zustand), um eine hohe Kraft zu erzeugen, die im zweiten Zustand benötigt wird. Bei dem Umschaltpunkt handelt es sich um den Übergang vom ersten in den zweiten Zustand.
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Der Umschaltpunkt zwischen erster und zweiter Übersetzung beziehungsweise zwischen erstem und zweitem Zustand kann durch die Dicke z. B. in Richtung der Längsachse der jeweiligen Kolben eingestellt werden. Dabei kann der Umschaltpunkt auch auf einen Zeitpunkt optimiert werden, welcher sich erst nach einer gewissen Betriebszeit einstellt. Dies ist abhängig von den genauen Anforderungen der jeweiligen Anwendung.
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Ferner kann das Ausrücksystem dazu verwendet werden, beispielsweise Torque Vectoring Kupplungen oder Bremsen, electrical limited slip differential (eLSD) Kupplungen oder Fahrzeugbremsen mittels üblicher Aktortechnologie anzusteuern, wobei die vom Aktor bereitgestellte Betätigungsenergie erhöht wird und/oder das Ansprechverhalten beziehungsweise die Schließzeit der Kupplung oder Bremse verbessert wird.
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Außerdem kann die Differenz aus erster und zweiter Druckfläche eine wirksame Beaufschlagungsfläche bilden, die mindestens 10% der zweiten Druckfläche beträgt. Optional kann die wirksame Beaufschlagungsfläche beziehungsweise die Differenz aus erster und zweiter Druckfläche etwa 5% bis etwa 15% der zweiten Druckfläche betragen. Auf diese Weise können zwei deutlich voneinander verschiedene hydraulische Übersetzungen mit demselben Ausrücksystem bewirkt werden.
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Die dritte Druckfläche des Druckabschnitts des äußeren Kolbens kann gleich groß sein bzw. die gleich Fläche aufweisen wie die erste Druckfläche des Kolbenabschnitts des inneren Kolbens sein.
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Zudem kann der Kolbenstangenabschnitt in Richtung der Längsachse mit einer Grenzfläche an seinem zugehörigen Kolbenabschnitt angrenzen, wobei die Grenzfläche der Differenz aus erster und zweiter Druckfläche entspricht. Auch kann der Kolbenstangenabschnitt an dem Kolbenabschnitt angeordnet sein oder mit dem Kolbenabschnitt verbunden und/oder einstückig ausgebildet sein.
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Des Weiteren kann der Kolbenabschnitt entlang der Längsachse betrachtet eine Stufe oder einen Vorsprung aufweisen, die/der sich vom Kolbenabschnitt und von der ersten Druckfläche wegerstreckt, wobei die Stufe bzw. der Vorsprung an einem radial äußeren Bereich des Kolbenabschnitts angeordnet ist. Somit kann die erste Druckfläche am stärksten verringert werden, da im zweiten Zustand der Kontaktbereich zwischen dem Kolbenabschnitt und dem äußeren Kolben bzw. dessen Druckabschnitt maximiert wird. Beispielsweise kann der Vorsprung an einem radial äußeren Bereich des Kolbenabschnitts umlaufend angeordnet sein. Darüber hinaus kann ein Zwischenraum zwischen dem Vorsprung des Kolbenabschnitts und dem äußeren Kolben bzw. dessen Druckabschnitt, dem Kolbenstangenabschnitt und dem Kolbenabschnitt ausbildbar sein.
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Ferner kann der Kolbenabschnitt entlang der Längsachse betrachtet eine Stufe oder einen Vorsprung aufweisen, wobei der Vorsprung zumindest teilweise durch eine Dichtungseinrichtung abdichtbar ist, wenn z. B. der Vorsprung und der äußere Kolben in Kontakt oder im zweiten Zustand sind. Dabei kann die Dichtungseinrichtung entlang des Vorsprungs oder an einem radial äußeren oder inneren Bereich des Vorsprungs umlaufend angeordnet sein.
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Außerdem kann die Dichtungseinrichtung als von dem Vorsprung abragender Kreisring ausgebildet sein. Auf diese Weise kann der Druckraum verkleinert werden, da die Dichtungseinrichtung einen Zwischenraum oder einen Kontaktbereich zwischen der ersten Druckfläche und dem äußeren Kolben bzw. dessen Druckabschnitt abdichtet, sodass im zweiten Zustand die erste Druckfläche gegenüber dem ersten Zustand verringert ist.
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Ferner kann der Kolbenabschnitt in Längsrichtung betrachtet eine Sicke aufweisen, welche die dritte Druckfläche oder eine Druckfläche des Druckabschnitts beim Kontakt derart verformt, dass eine Abdichtung vorliegt. Somit kann ein zusätzliches Bauteil zur Abdichtung oder eine zusätzliche Dichtungseinrichtung eingespart werden. Damit können Montagefehler und/oder Kosten verringert werden.
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Zudem kann der wenigstens eine innere Kolben ein härteres Material als der äußere Kolben aufweisen. Auf diese Weise kann das weichere Material dem härteren Material nachgeben und eine verbesserte Abdichtung über den gesamten Kontaktbereich bereitstellen. Beispielsweise weist der wenigstens eine innere Kolben Stahl oder vergleichbare Werkstoffe auf, ist jedoch nicht auf diese beispielhaften Werkstoffe beschränkt. Der äußere Kolben kann zum Beispiel Aluminium oder andere Leichtmetalle aufweisen, ist jedoch nicht auf diese beispielhaften Werkstoffe beschränkt. Beispielsweise kann der äußere Kolben aus Kunststoff hergestellt sein.
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Des Weiteren kann der äußere Kolben einen Anschlagabschnitt mit einem Anschlag gegen das Gehäuse aufweisen, um das Einfahren in das Gehäuse zu begrenzen. Somit kann eine vorbestimmte Ausgangsstellung zuverlässig erreicht werden. Ferner kann dadurch beim Einfahren der äußere Kolben von dem wenigstens einen inneren Kolben leichter oder an einem vorbestimmten Punkt separiert bzw. beabstandet werden, um den ersten Zustand zu erreichen.
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Zudem kann der äußere Kolben oder dessen Druckabschnitt eine Dichtung zur Dichtung gegen das Gehäuse aufweisen. Auch kann der wenigstens eine innere Kolben oder dessen Kolbenstangenabschnitt eine Dichtung zur Dichtung gegen den äußeren Kolben aufweisen. Die Kolbendichtung beziehungsweise die Dichtung kann entweder als O-Ring, A-Ring oder angespritzte oder aufgeclipste Dichtung ausgeführt sein.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kupplungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Kupplungsvorrichtung enthält ein Ausrücksystem sowie ein Einrücklager, das mit einem Ende des Kolbenstangenabschnitts des wenigstens einen inneren Kolbens verbunden ist.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale des Ausrücksystems, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der Kupplungsvorrichtung Anwendung finden können.
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Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend das Ausrücksystem können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden.
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Die Kupplungsvorrichtung kann zusätzlich eine Kupplung aufweisen, welche mit dem Einrücklager wirkverbunden ist. Ferner kann die Kupplungsvorrichtung eine Rückstellfeder aufweisen, die das Einrücklager entgegen der Einrückrichtung rückstellt, wobei zwischen Einrücklager und Kupplung ein Zwischenteil angeordnet sein kann, an welchem die Rückstellfeder befestigbar ist.
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Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke nochmals und ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.
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Dieser Gedanke betrifft - vereinfacht dargestellt - ein Ausrücksystem, dessen Kennlinie im Wesentlichen zwei Stufen beziehungsweise Steigungen aufweist. Dabei kann der Anwendungsbereich eines festgelegten Aktors erweitert werden, indem die Kennlinie derart modifiziert ist, dass sie auf die Betriebsparameter des Aktors abgestimmt ist.
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Eine Aktorentwicklung, als mechatronisches System, kann teilweise signifikant höhere Entwicklungskosten mit sich bringen als ein rein mechanisches Bauteil, wie eine Kupplung oder einen Nehmerzylinder, auch concentric slave cylinder (CSC) genannt, neu zu entwickeln.
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Dabei basiert die vorliegende Erfindung auf einem hydraulischen Ansatz zur Kraftübersetzung. Bei diesem kann eine Übersetzung über die hydraulisch wirksamen Kolbenflächen beziehungsweise Beaufschlagungsflächen / Druckflächen am Kupplungsnehmerzylinder beziehungsweise an dem wenigstens einem inneren Kolben erreicht werden.
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Eine Kolbenstange bzw. ein Kolbenstangenabschnitt, die/der an einem Kolbenabschnitt angeordnet ist, kann einzelne Druckstücke oder Fortsätze aufweisen oder daraus bestehen. Bei einzelnen Druckstücken kann eine sehr kleine wirksame Kolben-/Beaufschlagungsfläche erreicht werden.
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Gegebenenfalls kann es dabei sinnvoll sein, einen zusätzlichen Ring oder eine Scheibe oder ein Zwischenteil zwischen den Druckstücken bzw. Kolbenstangen und einem Einrücklager beziehungsweise der Kupplung einzusetzen, um die Krafteinleitung gleichmäßiger zu gestalten.
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Das beschriebene Prinzip beziehungsweise das Ausrücksystem kann sowohl als CSC (d.h. stehender Nehmerzylinder) oder als Drehdurchführung (d.h. mitdrehender Druckraum) realisiert werden. Bei einer Drehdurchführung entfällt entsprechend ein Einrücklager.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 eine Schnittansicht auf eine Kupplungsvorrichtung mit einem Ausrücksystem nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Schnittansicht auf das Ausrücksystem aus 1 in einem ersten Zustand;
- 3 eine Schnittansicht auf das Ausrücksystem aus 1 beim Übergang von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand;
- 4 eine Schnittansicht auf das Ausrücksystem aus 1 in einem zweiten Zustand;
- 5 ein Kraft-Weg-Diagramm des Ausrücksystems; und
- 6 eine Schnittansicht auf ein Ausrücksystem nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
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1 zeigt eine Schnittansicht auf eine Kupplungsvorrichtung 100 mit einem Ausrücksystem 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Genauer dargestellt zeigt 1 eine Kupplungsvorrichtung 100 für ein Kraftfahrzeug mit einem Ausrücksystem 1 zur Betätigung der Kupplungsvorrichtung 100.
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Die Kupplungsvorrichtung 100 enthält ein Ausrücksystem 1. Das Ausrücksystem 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches sich entlang einer Längsachse A erstreckt, sowie eine Kolbenvorrichtung 3 zum Verschieben eines Einrücklagers 101. Die Kolbenvorrichtung 3 und das Gehäuse 2 begrenzen einen Druckraum D für ein Hydraulikmedium, beispielsweise Hydrauliköl.
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Die Kolbenvorrichtung 3 weist einen äußeren Kolben 4 auf, der entlang der Längsachse A relativ zu dem Gehäuse 2 verschiebbar ist. Der äußere Kolben 4 hat einen Druckabschnitt 4A mit einer dritten Druckfläche D3, die in Richtung des Druckraums D orientiert ist.
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Ferner umfasst die Kolbenvorrichtung 3 einen inneren Kolben 5, welcher relativ zum äußeren Kolben 4 verschiebbar ist. Der innere Kolben 5 weist einen Kolbenabschnitt 5A und einen Kolbenstangenabschnitt 6 auf, der in dem äußeren Kolben 3 bzw. an dessen Druckabschnitt 4A geführt ist.
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Der Kolbenabschnitt 5A weist eine erste Druckfläche D1 auf, die in Richtung des Druckraums D und auf der Kolbenstangenabschnittseite orientiert ist. In 1 entspricht die Kolbenstangenabschnittseite exemplarisch der rechten Seite des Kolbenabschnitts 5A. Dabei ist der Kolbenstangenabschnitt 6 an dem Kolbenabschnitt 5A angeordnet bzw. mit dem Kolbenabschnitt 5A einteilig verbunden.
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Außerdem hat der Kolbenabschnitt 5A eine zweite Druckfläche D2, die in Richtung des Druckraums D und auf der Kolbenstangenabschnittseite abgewandten Seite orientiert ist. Das heißt, die zweite Druckfläche D2 entspricht der linken Seite des Kolbenabschnitts 5A, wie in 1 illustriert.
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Zudem ist in 1 zu erkennen, dass der innere und der äußere Kolben 5, 4 sowie das Gehäuse 2 rotationssymmetrisch, und zwar zur Längsachse A, ausgeführt sind. Der äußere Kolben 4 ist, wie in 1 ferner dargestellt, mehrteilig aufgebaut.
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Auch zeigt 1, dass der Kolbenstangenabschnitt 6 in Richtung der Längsachse A mit einer Grenzfläche an seinem zugehörigen Kolbenabschnitt 5A angrenzt. Dabei kann die Grenzfläche der Differenz aus erster und zweiter Druckfläche D1, D2 entsprechen. Einfacher ausgedrückt, ist der Kolbenstangenabschnitt 6 mit dem Kolbenabschnitt 5A verbunden.
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Ferner ist die Kolbenvorrichtung 3 gemäß 1 derart ausgebildet, dass in einem ersten Zustand der Kolbenabschnitt 5A des inneren Kolbens 5 und der Druckabschnitt 4A des äußeren Kolbens 4 in axialer Richtung A voneinander beabstandet sind, wodurch im ersten Zustand, z. B. lediglich, die Differenz aus erster und zweiter Druckfläche D1, D2 zur Druckbeaufschlagung mit einem Hydraulikmedium zur Verfügung steht. Die Differenz aus erster D1 und zweiter Druckfläche D2 bildet beispielsweise eine wirksame Beaufschlagungsfläche 7, die etwa 10% der zweiten Druckfläche D2 beträgt.
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Darüber hinaus ist die Kolbenvorrichtung 3 derart ausgebildet, dass in einem zweiten Zustand der Kolbenabschnitt 5A des inneren Kolbens 5 und der Druckabschnitt 4A des äußeren Kolbens 4 aneinander anliegen, wodurch im zweiten Zustand, z. B. lediglich, die zweite Druckfläche D2 des Kolbenabschnitts 5A zur Druckbeaufschlagung zur Verfügung steht.
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Dabei weist der Kolbenabschnitt 5A entlang der Längsachse A betrachtet beispielhaft einen Vorsprung 8 auf, die sich vom Kolbenabschnitt 5A und von der ersten Druckfläche D1 wegerstreckt. Dabei ist der Vorsprung 8 an einem radial äußeren Bereich des Kolbenabschnitts 5A, z. B. teilweise oder vollständig umlaufend, angeordnet. Zwischen dem Vorsprung 8 des Kolbenabschnitts 5A und der ersten Druckfläche D1, dem Kolbenstangenabschnitt 6 und dem äußeren Kolben 4 bzw. dessen Druckabschnitt 4A ist ein Zwischenraum 9 ausbildbar.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Vorsprung 8 beispielsweise zumindest teilweise durch eine Dichtungseinrichtung 10 abdichtbar sein, wenn der Vorsprung 8 und der äußere Kolben 4 bzw. dessen Druckabschnitt 4A in Kontakt oder im zweiten Zustand sind. Dabei ist die Dichtungseinrichtung 10 entlang des Vorsprungs 8 umlaufend angeordnet. Beispielsweise ist die Dichtungseinrichtung 10 als von dem Vorsprung 8 abragender Kreisring ausgebildet.
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Ferner enthält der äußere Kolben 4 bzw. dessen Anschlagabschnitt 4B beispielhaft einen Anschlag 11 gegen das Gehäuse 2, um das Einfahren in das Gehäuse 2 zu begrenzen.
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Zur Dichtung gegen das Gehäuse 2 weist der äußere Kolben 4 bzw. dessen Druckabschnitt 4A eine Dichtung 12 auf, wobei der innere Kolben 5 bzw. dessen Kolbenstangenabschnitt 6 eine Dichtung 13 zur Dichtung gegen den äußeren Kolben 4 aufweist. Die Dichtungen 12, 13 sind beispielsweise als Dichtring ausgebildet und in einer geeigneten Nut an der Außenfläche des jeweiligen Kolbens 4, 5 positioniert.
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Die Kupplungsvorrichtung 100 umfasst ferner ein Einrücklager 101, das mit einem Ende des Kolbenstangenabschnitts 6 des inneren Kolbens 5 des Ausrücksystems 1 verbunden ist. Beispielhaft ist in 1 eine Kupplung 102 dargestellt, welche mit dem Einrücklager 102 wirkverbunden ist.
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Optional kann die Kupplungsvorrichtung 100 eine Rückstellfeder 103 aufweisen, die das Einrücklager 101 entgegen der Einrückrichtung rückstellt, wobei zwischen Einrücklager 101 und Kupplung 102 ein Zwischenteil 104 angeordnet ist, an welchem die Rückstellfeder 103 befestigbar ist.
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2 zeigt eine Schnittansicht auf das Ausrücksystem 1 aus 1 in einem ersten Zustand. In dem ersten Zustand sind der Druckabschnitt 4A des äußeren Kolbens 4 und der Kolbenabschnitt 5A des inneren Kolbens 5, wie dargestellt, voneinander separiert bzw. beabstandet. Der Druckraum D wird in diesem ersten Zustand von dem Gehäuse 2 und einer dritten Druckfläche D3 des äußeren Kolbens 4 begrenzt. Der innere Kolben 5 ist in dem Druckraum D beweglich angeordnet. Dabei werden alle mit dem Hydraulikmedium in Kontakt befindlichen Seiten des inneren Kolbens 5 bei einer Druckerhöhung im Druckraum D mit demselben Druck beaufschlagt.
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3 zeigt eine Schnittansicht auf das Ausrücksystem 1 aus 1 beim Übergang von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand. Bei diesem Übergang stellt der innere Kolben 5 bzw. dessen Kolbenabschnitt 5A einen Kontakt zum äußeren Kolben 4 bzw. dessen Druckabschnitt 4A her. Dabei wird das in dem Zwischenraum 9 befindliche Hydraulikmedium weitestgehend verdrängt, sodass lediglich eine geringe oder keine Menge an Hydraulikmedium in dem nunmehr fluidisch getrennten Zwischenraum 9 verbleibt.
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Mit der Herstellung des Kontakts zwischen Kolbenabschnitt 5A und Druckabschnitt 4A wechselt eine Kraftübersetzung des Ausrücksystems 1. Beispielhaft sind die äußeren Durchmesser der beiden Kolben 4, 5 bzw. des Kolbenabschnitts 5A und des Druckabschnitts 4A im Wesentlichen identisch dimensioniert, sodass beim Übergang von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand die erste Druckfläche D1 als Beaufschlagungsfläche für das Hydraulikmedium wegfällt, da der Zwischenraum fluidisch separiert ist.
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4 zeigt eine Schnittansicht auf das Ausrücksystem 1 aus 1 in einem zweiten Zustand. In dem zweiten Zustand liegen der Kolbenabschnitt 5A und der äußere Kolben 4 bzw. der Druckabschnitt 4A aneinander an. Zumindest liegt ein Abschnitt der ersten Druckfläche D1 des Kolbenabschnitts 5A an dem Druckabschnitt bzw. an der dritten Druckfläche D3 an.
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Auf diese Weise ist die erste Druckfläche D1 verkleinert oder vollständig von der gegenüberliegenden dritten Druckfläche D3 des Druckabschnitts 4A abgedeckt. Somit steht im zweiten Zustand die zweite Druckfläche D2 des Kolbenabschnitts 5A zur Druckbeaufschlagung zur Verfügung.
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5 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm des Ausrücksystems 1. Die näherungsweise als Geraden gezeichneten Linien veranschaulichen zwei beispielhafte Übersetzungen U1, U2.
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Dabei illustriert die Gerade U1 die geringere Übersetzung, während die Gerade U2 die größere Übersetzung illustriert. Der Knick beziehungsweise die Ecke zwischen den beiden Geraden U1, U2 entspricht dem Übergang vom ersten Zustand in den zweiten Zustand, also dem Umschaltpunkt zwischen den zwei verschiedenen Übersetzungen. Beispielhaft ist die Gerade U2 in einer versetzten Position, hier weiter links, dargestellt, wobei dies ein Setzverhalten veranschaulicht. Die Steigung und damit die Übersetzung ist jedoch gleich.
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6 zeigt eine Schnittansicht auf ein Ausrücksystem 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Ausrücksystem 1 nach 6 enthält im Wesentlichen die gleichen Merkmale wie das Ausrücksystem nach 1.
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Beim Ausrücksystem 1 nach 6 weist, im Unterschied zu 1, der Kolbenabschnitt 5A in Längsrichtung A betrachtet einen spitzen Vorsprung 8 auf.
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Des Weiteren hat der innere Kolben 5 ein härteres Material, zum Beispiel Stahl, als der äußere Kolben 4, welcher aus Kunststoff hergestellt ist. Der äußere Kolben 4 kann jedoch auch Aluminium aufweisen.
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Vor diesem Hintergrund ist es dem Vorsprung 8 bei Kontaktierung des äußeren Kolbens 4 bzw. dessen Druckabschnitt 4A möglich, den äußeren Kolben 4 derart zu verformen, dass eine Abdichtung vorliegt.
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Nachstehend werden die Figuren nochmals mit anderen Worten und ergänzend beschrieben.
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Im Ersten Teil der Kennlinie gemäß 5, welcher mit dem ersten Zustand korrespondiert, ist lediglich der innere Kolben 5 wirksam und bewegt sich sobald der Druck hoch gerampt wird. Damit dies geschehen kann, muss das Hydraulikmedium zwischen dem inneren und dem äußerem Kolben 5, 4 bzw. zwischen dem Kolbenabschnitt 5A und dem Druckabschnitt 4A verdrängt werden bzw. im Druckraum D umverteilt werden. Auf diese Weise können Unstetigkeiten in der Betätigung verringert werden, wobei sich der konstruktive Aufwand für alternative Konstruktionslösungen verringert.
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Bei der Umverteilung des Hydraulikmediums im Druckraum D entsteht eine Strömung innerhalb des Druckraums D. Dabei ist ein radialer Abstand vom Außendurchmesser des Kolbenabschnitts 5A bis zur Wandung des Druckraums D groß genug ausgebildet, um eine Strömung zu zulassen. An dem Punkt, an dem der axiale Abstand entlang der Längsachse A zwischen den beiden Kolben 4, 5, also dem Druckabschnitt 4A und dem Kolbenabschnitt 5A, verschwindet, dichtet der innere Kolben 5 gegen den äußeren Kolben 4 axial ab und es ist nur noch die zweite Druckfläche D2 wirksam. Somit ist das Ausrücksystem 1 im zweiten Zustand bzw. im zweiten Teil der Kennlinie gemäß 5 angelangt.
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Um nun eine weitere Verschiebung des inneren und äußeren Kolbens 5, 4 zu erreichen, bedarf es im Vergleich zum ersten Zustand eines größeren Volumens an Hydraulikmedium, das pro Zeiteinheit in die Druckkammer D einströmt, damit der gleiche Weg wie beim Verschieben des inneren Kolbens 5 alleine zurückgelegt wird. Dies entspricht einer Übersetzungsänderung.
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Beim Übergang vom zweiten in den ersten Zustand bzw. von der Geraden U2 in die Gerade U1 läuft das bisher beschriebene in umgekehrter Reihenfolge ab, wobei es wichtig ist, dass die beiden Kolben 4, 5 bzw. der Druckabschnitt 4A und der Kolbenabschnitt 5A sich wieder separieren und es zu keinem Unterdruck oder Festsaugen zwischen den Kolben 4, 5 bzw. Abschnitten 4A, 5A kommt. Um das zu verhindern, ist der Zwischenraum 9 ausgebildet.
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Dieser wird gemäß den 1-5 mithilfe einer Dichtgeometrie beziehungsweise einer Dichtungseinrichtung 10 zwischen den beiden Kolben 4, 5 bzw. zwischen dem Kolben- 5A und Druckabschnitt 4A erzeugt.
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Die Dichtungseinrichtung 10 ist zwischen dem Kolbenabschnitt 4A und dem Druckabschnitt 5A ausgeführt. Der Dichtdurchmesser liegt dabei möglichst weit außen, um die wirksame Fläche, also die wirksame Beaufschlagungsfläche 7, in der zweiten Stufe beziehungsweise im zweiten Zustand zu maximieren. Die Dichtungseinrichtung 10 hat eine Dichtung, beispielsweise eine Flachdichtung oder ein O-Ring.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ausrücksystem
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kolbenvorrichtung
- 4
- äußerer Kolben
- 4A
- Druckabschnitt
- 4B
- Anschlagabschnitt
- 5
- innerer Kolben
- 5A
- Kolbenabschnitt
- 6
- Kolbenstangenabschnitt
- 7
- Beaufschlagungsfläche
- 8
- Stufe / Vorsprung
- 9
- Zwischenraum
- 10
- Dichtungseinrichtung
- 11
- Anschlag
- 12
- Dichtung
- 13
- Dichtung
- 100
- Kupplungsvorrichtung
- 101
- Einrücklager
- 102
- Kupplung
- 103
- Rückstellfeder
- 104
- Zwischenteil
- D
- Druckraum
- D1
- erste Druckfläche
- D2
- zweite Druckfläche
- D3
- dritte Druckfläche
- A
- Längsachse
