Wie eine luftunterstützte Kupplung an einem schweren Lkw funktioniert

An einem schweren Lkw nutzt eine luftunterstützte Kupplung Druckluft aus dem eigenen Luftsystem des Fahrzeugs, um den größten Teil der Kraft zu liefern, die die Kupplung ausrückt, während das Pedal nur ein hydraulisches Steuersignal liefert. Ein Geberzylinder am Pedal sendet Flüssigkeit zu einem an das Kupplungsgehäuse geschraubten Kupplungsservo; in diesem Servo öffnet der Flüssigkeitsdruck ein Luftventil, und Behälterluft, die auf einen großen Kolben wirkt, fügt ihre Kraft derselben Druckstange hinzu, die die Ausrückgabel bewegt. Deshalb erreicht ein schwacher Kompressor oder ein Leck im Nebenverbraucher-Luftkreis den Fahrer normalerweise als hartes Kupplungspedal und ein Getriebe, das keinen Gang annimmt, statt als Bremsbeschwerde.

Die drei Kupplungsbetätigungsarten

Bevor Sie etwas diagnostizieren, stellen Sie fest, welchen Aufbau das Fahrzeug hat. Alle drei rücken dieselbe trockene Reibkupplung aus; was sich unterscheidet, ist, woher die Ausrückkraft kommt und was sie steuert.

Reiner hydraulischer Geber- und Nehmerzylinder

Das Pedal wirkt auf einen Geberzylinder, eine einzelne Hydraulikleitung führt hinunter zu einem Nehmerzylinder am Kupplungsgehäuse, und eine kurze Druckstange betätigt die Ausrückgabel. Es gibt nirgends im Kreis eine Luftverbindung. Dieser Aufbau ist üblich bei mittelschweren Fahrgestellen, Midibussen und leichten Sattelzugmaschinen, bei denen die Anpresskraft moderat genug ist, um vom Bein des Fahrers überwunden zu werden. Bei manchen Konstruktionen ist der Nehmerzylinder konzentrisch und innen im Kupplungsgehäuse um die Eingangswelle montiert, sodass man nur eine im Gehäuse verschwindende Hydraulikleitung sieht und überhaupt kein äußeres Gabelgestänge.

Hydraulikgeber mit luftunterstütztem Kupplungsservo

Dies ist der Aufbau bei den meisten europäisch und asiatisch gebauten schweren Sattelzugmaschinen und Reisebussen, die noch ein Kupplungspedal haben. Pedal und Geberzylinder sind unverändert, aber die Einheit am Kupplungsgehäuse ist deutlich größer, weil die Luftzylinderbohrung den Körper dominiert, und sie trägt drei Anschlüsse statt einem: einen Hydraulikeingang vom Geberzylinder, eine Kunststoff-Luftversorgungsleitung vom Fahrgestell und einen Entlüfter- oder Auslassanschluss, meist mit einem kleinen Filterelement. Der Servo treibt eine äußere Druckstange in die Ausrückgabel. Landet eine Luftleitung am Getriebegehäuse neben der Kupplung, sehen Sie eine luftunterstützte Kupplung.

Kupplungsaktuator des automatisierten Schaltgetriebes

An einem Zweipedal-Lkw ist die Kupplung immer noch eine trockene Reibkupplung, aber es gibt keinen Geberzylinder und in den meisten Anwendungen überhaupt kein Kupplungspedal. Ein pneumatischer Aktuator am Kupplungsgehäuse trägt eine Luftleitung, einen mehrpoligen elektrischen Stecker und meist einen integrierten Wegsensor; das Getriebesteuergerät dosiert Luft hinein, um ein- und auszukuppeln. Die Luft kommt immer noch aus demselben Nebenverbraucherkreis, sodass das Verhalten bei niedrigem Luftdruck darunter dasselbe ist. Es zeigt sich lediglich als Schaltfehler und Getriebewarnung statt als schweres Pedal.

Wie der Servo die Pedalkraft vervielfacht

1. Der Fahrer drückt das Pedal und der Geberzylinder erhöht den Hydraulikdruck in der Leitung zum Servo.
2. Dieser Druck wirkt auf einen kleinen Steuerkolben im hydraulischen Teil des Servos.
3. Der Steuerkolben hebt ein internes Folgeventil von seinem Sitz ab, schließt den Entlüftungsweg und öffnet den Versorgungsweg.
4. Behälterluft aus dem Nebenverbraucherkreis tritt in die große Kammer hinter dem Hauptluftkolben ein.
5. Luftkolben und Hydraulikkolben wirken auf eine gemeinsame Druckstange, die Ausrückgabel, Ausrücklager und Druckplatte bewegt.
6. Beim Loslassen des Pedals schließt das Ventil die Versorgung und öffnet die Entlüftung wieder, und die Kammer entlüftet über den Entlüfter. Das ist das kurze Zischen, das man bei jeder Schaltung am Kupplungsgehäuse hört.

Das Ventil ist ein Folgetyp, sodass der zugelassene Luftdruck dem hydraulischen Steuerdruck folgt. Der Fahrer behält echtes Pedalgefühl und kann die Kupplung trotzdem feinfühlig dosieren, obwohl Luft den größten Teil der Ausrücklast trägt. Das erklärt auch den klassischen Teilausfall: Bei toter Luftseite bewegt der Hydraulikkolben allein die Druckstange noch ein Stück, sodass das Pedal normal geht, die Kupplung aber nie voll ausrückt und die Gänge mahlen.

Woher der Servo seine Luft bekommt

Der Kompressor lädt über den Regler und den Lufttrockner in den Vorratsbehälter. Von dort teilt ein Mehrkreisschutzventil die Versorgung auf: zwei Kreise für die Betriebsbremsen vorne und hinten, einer für die Feststell- und Anhängerversorgung, und einer für Nebenverbraucher für alles andere, einschließlich Kupplungsservo, Luftfederung, Nebenabtrieb, Sitz und Hupe. Bei europäisch gebauten Fahrgestellen sind diese Anschlüsse nach Kreis nummeriert. Der Kupplungsservo sitzt daher am Ende des Nebenverbraucherzweigs, stromabwärts des Trockners und des Schutzventils, und sieht nur den Druck, den dieser Zweig haben darf.

Dieses Schutzventil macht die Kupplung zum ersten Opfer eines Luftproblems. Es ist so gebaut, dass die Bremskreise zuerst gefüllt werden: der Nebenverbraucheranschluss öffnet nicht, bis die Bremskreise seinen eingestellten Öffnungsdruck erreicht haben, und bei fallendem Druck schließt der Nebenverbraucheranschluss, bevor die Bremsversorgung ausgehungert wird. Sowohl FMVSS 121 als auch ECE R13 verlangen dieses Verhalten, damit eine geplatzte Nebenverbraucherleitung nicht die Bremsbehälter entleeren kann. Bei einem Lkw, der nur auf 5,5 bar lädt, weil der Kompressor müde ist, haben die Bremsen Priorität und der Kupplungszweig bleibt geschlossen oder kaum geladen. Der Fahrer kämpft lange vor der Warnung bei niedrigem Luftdruck bei etwa 4,1 bar gegen ein hartes Pedal, und lange bevor sich die Federspeicherbremsen im Bereich von etwa 1,4 bis 3,1 bar zu setzen beginnen.

Warum ein Luftfehler als Kupplungsbeschwerde ankommt

Messen Sie den Lkw, bevor Sie einen Servo aussondern. System laden, bestätigen, dass der Regler im Bereich 8,3-9,3 bar abschaltet und bei etwa 6,9-7,6 bar wieder einschaltet, dann die tatsächlich am Servoeingang ankommende Luft bei betätigtem Kupplungspedal messen. Ist Versorgung vorhanden und der Servo hubt trotzdem nicht, liegt der Fehler in der Einheit; wenn nicht, liegt der Fehler stromaufwärts und die Kupplung ist nur der Überbringer. Ein System, das über Nacht nicht hält, ist zunächst ein Versorgungsproblem, behandelt unter Luftbremssystem verliert Druck.

Prüf- und Austauschpunkte

• Luftleitung. Der Nylonschlauch verläuft nahe am Kupplungsgehäuse und am Auspuff. Auf Scheuerstellen, Hitzeschäden und einen zusammengedrückten Bogen an der letzten Klemme achten.
• Entlüfter. Ein verstopfter Entlüfter verlangsamt das Ausrücken und lässt die Kupplung schleifen. Ein dauerhaftes Zischen bei losgelassenem Pedal bedeutet eine defekte innere Dichtung; das breitere Muster ist unter Symptome eines Kupplungsservo-Ausfalls beschrieben.
• Hydraulikseite. Der Kupplungskreis hat seinen eigenen Behälter. Nur die vom OEM vorgeschriebene Flüssigkeit verwenden, bei den meisten Fahrgestellen Bremsflüssigkeit nach Spezifikation und bei einigen wenigen Mineralöl, und niemals mischen; die falsche Flüssigkeit lässt Dichtungen quellen und blockiert den Steuerkolben.
• Luftqualität. Ein defekter oder überfälliger Lufttrockner schickt Wasser und Öl den Nebenverbraucherzweig hinab. Ölverschleppung greift Servodichtungen genauso an wie Bremsventile.
• Druckstangenhub und Freispiel. Bei jeder Kupplungswartung auf den Herstellerwert einstellen. Zu viel Hub verdeckt einen müden Servo, zu wenig belastet das Ausrücklager dauerhaft.
• Satz oder komplette Einheit. Ein Dichtsatz stellt verschlissene Kolben- und Ventildichtungen in einem intakten Körper wieder her, aber eine verkratzte, korrodierte oder ovale Bohrung hält keinen Druck. VADEN Original listet Kupplungsservo-Einheiten und Reparatursätze gegen die auf dem Servokörper eingeprägten OE-Nummern, was der einzig zuverlässige Weg ist, eine zuzuordnen.