DE102008057651A1

DE102008057651A1 - Hydraulikzylinder

Info

Publication number: DE102008057651A1
Application number: DE102008057651A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rammhofer; Jan Grabenstätter
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2009-06-18
Also published as: CN101504074A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder innerhalb einer hydraulischen Strecke zur Kupplungs- oder Bremsbetätigung eines Fahrzeuges, dessen Funkder Kolbenstange verbessert wird, so dass sich bei gleichzeitiger Verschleißverringerung an den Kontaktstellen der sich bewegenden Bauteile dessen Lebensdauer erhöht, in dem die im Gehäuseinnern axial bewegliche Kolbeneinheit im vorderen, zum Druckraum gerichteten Bereich als Lagerstelle gegenüber dem Gehäuse ausgebildet ist und sich deren Drehpunkt im Bereich der in den vorderen Bereich der Kolbeneinheit eingesetzten Primärdichtung befindet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder innerhalb einer hydraulischen Strecke zur Kupplungs- oder Bremsbetätigung eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
In einer hydraulischen Strecke zur Kupplungsbetätigung eines Kraftfahrzeuges sind üblicherweise zwei Hydraulikzylinder vorhanden, die mittels einer Druckleitung miteinander verbunden sind und eine von einem Betätigungspedal eingeleitete Kraft über diese Strecke an eine Kupplung zu deren Betätigung weiterleiten. Der die Eingangskraft aufnehmende Hydraulikzylinder wird als Geberzylinder und der die Kraft an die Kupplung abgebende Hydraulikzylinder als Nehmerzylinder bezeichnet. Zum Ausgleich von Flüssigkeit und zur Systementlüftung ist der Geberzylinder mit einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Ausgleichsbehälter verbunden. Dieser Geberzylinder besteht aus einem Gehäuse mit einem in diesem axial verschiebbar angeordneten Kolben. Der Kolben begrenzt in der Gehäusebohrung einen mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum. Bei Betätigung des Geberzylinders mittels einer auf den Kolben wirkenden Kolbenstange wird der Kolben axial verschoben, indem die beispielsweise über ein Kugelgelenk mit dem Kolben verbundene Kolbenstange verschoben wird. Der Druckraum des Geberzylinders ist über eine Druckleitung mit einem Druckraum des Nehmerzylinders hydraulisch verbunden, so dass der durch Niederdrücken des Kupplungspedals oder durch eine elektromotorische Verschiebung des Kolbens in der Druckkammer des Geberzylinders erzeugte Druck über die Flüssigkeitssäule in der Druckleitung auf die Druckkammer des Nehmerzylinders übertragen wird.
Bei einem gattungsgemäßen Geberzylinder sind Kolben und Kolbenstange zwar miteinander gekoppelt, bilden jedoch getrennte Bauteile. Weiterhin ist die Kolbenstange am Kupplungspedal angebunden. Bedingt durch die Schwenkbewegung der Kolbenstange beim Niederdrücken des Kupplungspedals und der damit in diese eingeleiteten Querkräfte entsteht einmal erheblicher Verschleiß an den Kontaktstellen Kolbenstange – Kolben und Kolbenstange – Pedal und andererseits an den Dichtflächen zwischen Kolben und der Kolbenführung.
In der DE 195 23 215 B4 wird ein Geberzylinder mit einer an dieser angebundenen Kolbenstange beschrieben, der so ausgebildet ist, dass die den Kolben axial verlagerbare Kolbenstange Schwenkbewegungen mit größeren Winkelausschlägen zulässt. Bei dieser Ausführung eines Geberzylinders besteht der Kolben aus einer Kolbenschafthülse mit einem Boden und aus zwei in der Kolbenschafthülse spielfrei angeordneten Halteschalen, wobei die Halteschalen am pedalseitigen Ende der Kolbenschafthülse eine kugelpfannenartige Ausnehmung aufweisen, in der ein Kugelkopf der Kolbenstange verschnappt und kraftschlüssig gehalten ist. Durch ihre Befestigung mittels des Kugelkopfes ist die Kolbenstange in der Lage Schwenkbewegungen auszuführen.
Zur Reduzierung der Bauteile und damit der Kontaktstellen wird in der DE 103 41 470 A1 ein als Nehmerzylinder ausgebildeter Hydraulikzylinder beschrieben, dessen Kolben und Kolbenstange zu einem Bauteil verschmolzen sind, mit dem eine axiale Bewegung innerhalb der Gehäusebohrung ausführbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hydraulikzylinder zu schaffen, dessen Funktion durch das Zulassen nur kleiner Schwenkwinkel der Kolbenstange verbessert wird, so dass sich bei gleichzeitiger Verschleißverringerung an den Kontaktstellen der sich bewegenden Bauteile dessen Lebensdauer erhöht.
Diese Aufgabe wird mit einem Hydraulikzylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach wird ein Hydraulikzylinder mit einem hohlzylinderförmigen Gehäuse verwendet, in dessen einen definierten Durchmesser aufweisenden Innenraum eine aus Kolben und Kolbenstange zusammengesetzte Kolbeneinheit axial verlagerbar geführt ist. Im vorderen Bereich der Kolbeneinheit ist bekanntermaßen eine Primärdichtung zur Abdichtung eines Druckraumes vorgesehen, die zu einer weiteren in der Kolbeneinheit eingesetzten Sekundärdichtung beabstandet ist. Der beide Dichtungen tragende Teil der Kolbeneinheit verbleibt auch während der axialen Bewegung der Kolbeneinheit im Innern des Gehäuses. Das Besondere an diesem Hydraulikzylinder ist jedoch, dass der die Primärdichtung tragende Bereich der Kolbeneinheit als Lagerstelle gegenüber dem Gehäuse ausgebildet ist und sich deren Drehpunkt im Bereich der Primärdichtung befindet.
Durch diese Ausbildung der Kolbeneinheit wird verhindert, dass diese größere Schwenkwinkel ausführen kann, wodurch gleichzeitig deren Kontaktierung mit dem Gehäuse verringert wird. Das führt wiederum dazu, dass der Verschleiß sowohl des Gehäuses als auch der Kolbeneinheit verringert wird.
Zur Ausführung einer der axialen Bewegung der Kolbeneinheit überlagerten geringen kreisförmigen Bewegung ist die Mantelfläche der Kolbeneinheit im Anschluss an den Rücken der Primärdichtung als Dichtungsrücken mit einer kreisförmigen Kontur ausgebildet. Dadurch wird außerdem gewährleistet, dass auch bei der kreisförmigen Bewegung der Druckraum abgedichtet ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Rücken der Sekundärdichtung an einem Bund anliegt, wodurch diese, die in einer umlaufenden Nut in der Kolbeneinheit eingesetzt ist, axial lagefixiert ist. Der Durchmesser dieses Bundes ist dabei kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses gewählt, um somit ein für die Kolbeneinheit erforderliches Spiel zwischen Kolbeneinheit und Gehäuse zu erzeugen. Zur Ausführung einer Schwenkbewegung mit geringem Auslenkwinkel ist es jedoch erforderlich, in Auslenkrichtung einen Spalt zu erzeugen. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich der Auslenkwinkel am stärksten in der Mittelstellung der Kolbeneinheit bemerkbar macht. Ein Spalt wird beispielsweise dadurch erzeugt, indem die Mantelfläche des Bundes in Auslenkrichtung abgeflacht wird. Die Abflachung erstreckt sich dabei in radialer Richtung über einen Teilbereich der Mantelfläche des Bundes.
Eine andere Möglichkeit einen Spalt in Auslenkrichtung zu erhalten wäre die, eine Einbuchtung in der Innenwand des Gehäuses vorzusehen. Diese Einbuchtung müsste sich dann ebenfalls in radialer Richtung über einen Teilbereich der Innenwand des Gehäuses erstrecken, so dass sich bei ausgezogener Kolbeneinheit die Einbuchtung im Gehäuse im Kontaktbereich des Bundes befindet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen als Geberzylinder ausgeführten erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder mit Kolbenstange
2a und 2b Schnitt A-A gemäß 1 mit einem jeweils an einen Auslenkwinkel angepassten Querschnitt entweder der Kolbeneinheit oder des Gehäuses.
1 zeigt einen Geberzylinder mit einem vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten hohlzylindrisch ausgebildeten Gehäuse 1, der zur Einbindung in eine hydraulische Strecke mit einem entsprechenden Anschluss versehen ist und außerdem einen Anschluss zu einem nicht dargestellten Hydraulikbehälter aufweist. Im Innenraum des Gehäuses 1 ist ein ebenfalls aus Kunststoff hergestellter Kolben 2 angeordnet, der in diesem axial und radial geführt längsverschieblich und gleichzeitig verschwenkbar mittels einer mit diesem verbundene Kolbenstange ist, die auf einer Seite durch eine Öffnung mit dem Innendurchmesser d1 aus dem Innenraum des Gehäuses 1 herausragt. Da bei dieser Ausgestaltung des Geberzylinders Kolben 2 und Kolbenstange ein gemeinsames Bauteil bilden, wird in der weiteren Beschreibung für dieses Bauteil die Bezeichnung Kolbeneinheit 2 verwendet. Diese Kolbeneinheit 2, die endseitig mit einem Betätigungselement, wie beispielsweise mit einem nicht dargestellten Kupplungspedal verbunden ist, begrenzt bzw. definiert im Innenraum des Gehäuses 1 einen Druckraum 5. Zur Abdichtung dieses Druckraumes 5 gegenüber seiner Umgebung ist im druckraumseitigen bzw. vorderen Bereich der Kolbeneinheit 2 in dieser eine Nut 2.6 zur Aufnahme eines als Primärdichtung ausgebildeten Dichtelements 3 eingebracht, dessen dynamische Dichtlippe sich an der Innenwand des Gehäuses abstützt. An die Nut 2.6 schließt sich in axialer Richtung ein so genannter Dichtungsrücken 2.1 an, der zur Realisierung einer Schwenkbewegung den vorderen Bereich der Kolbeneinheit 2 nahezu halbkugelförmig gestaltet, so dass der Drehpunkt der Kolbeneinheit 2 im Bereich des Dichtelements 3 liegt. Ein stehen bleibender Querschnitt mit einem zum vorderen Bereich verringerten Durchmesser schließt sich in axialer Richtung an diesen Bereich an. Dieser zylindrische Bereich erweitert sich in axialer Richtung zur Öffnung des Gehäuses 1 hin, wobei der Durchmesser dieser Erweiterung 2.5 so gewählt ist, dass eine Sekundärdichtung 4 als Dichtelement 4 in eine dafür vorgesehene Nut 2.4 eingesetzt werden kann, die mit ihrer dynamischen Dichtlippe an der Innenwandung des Gehäuses 1 anliegt und sowohl den Raum zur beabstandeten Primärdichtung 3 als auch nach außen hin abdichtet. Der axiale Abstand beider Dichtungen 3, 4 ist dabei so gewählt, dass der durch die Bewegung der Kolbeneinheit 2 jeweils gebildete Druckraum 5 auch zum Bereich des Anschlusses an den Hydraulikbehälter abgedichtet wird. An die Nut 2.4 schließt sich im Bereich der Erweiterung 2.5 direkt ein Bund 2.2 mit einem Durchmesser D2 an. Der Durchmesser D2 wird dabei so gewählt, dass dessen Differenz zum Innendurchmesser d1 des Gehäuses 1 einen Spalt s1 ergibt, um eine geringe Schwenkbewegung der Kolbeneinheit 2 zu ermöglichen. Die Öffnung des Gehäuses 1 wird zur Verhinderung des Schmutzeintritts mit einem Abdeckring 6 verschlossen. Dieser Abdeckring 6 ist im Gehäuse 1 verankert, um gleichzeitig als Anschlag zur Wegbegrenzung des im Gehäuseinnern befindlichen Teiles der Kolbeneinheit 2 zu fungieren. Dazu dient die Kreisringfläche des Bundes 2.2 als Anschlagfläche an der zum Gehäuseinnern zeigenden Stirnfläche des Abdeckrings 6.
Bei Betätigung des Kupplungspedals wird die eingeleitete Betätigungskraft auf die Kolbeneinheit 2 übertragen, so dass diese eine leichte Schwenkbewegung gemäß der angedeuteten Pfeilrichtung ausführt, der eine axiale Bewegung überlagert wird. Zur Ausführung der Schwenkbewegung wird der im Bereich der Sekundärdichtung 4 zwischen Kolbeneinheit 2 und Gehäuse 1 vorgesehene Spalt s1 genutzt. Dieser Spalt s1 ist für die Dichtheit des Geberzylinders unkritisch, da die Sekundärdichtung 4 im Normalfall nicht mit Druck beaufschlagt ist. Wie bereits erwähnt, bildet der vordere Bereich der Kolbeneinheit 2 mit der Primärdichtung 3 bei der Schwenkbewegung die Lagerstelle und damit auch den Drehpunkt der Kolbeneinheit 2 im Gehäuse 1. Zur Realisierung dieser Schwenk- bzw. kreisförmigen Bewegung des Dichtungsrückens 2.1 der Kolbeneinheit 2 ist dieser als Teil einer Kugelfläche ausgebildet.
Für die Montage der Kolbeneinheit 2 an das Kupplungspedal kann es sein, dass die Kolbeneinheit 2 in einer Richtung stärker ausgelenkt werden muss. Die Größe des für eine normale Auslenkung bereits vorgesehenen Spaltes s1 reicht normalerweise nicht aus, da sich die Auslenkung auf Grund des Abstandes vom Drehpunkt im Bereich der Primärdichtung 3 zum Bund 2.2 in dessen Bereich am stärksten auswirkt, so dass diese hier am größten ist. Bliebe die Größe des Spaltes s1 unverändert, würde das die Montage erschweren, wenn nicht sogar unmöglich machen. Deshalb ist zur Ermöglichung einer größeren Bewegungsfreiheit der Kolbeneinheit 2 zumindest in einer Schwenkrichtung der Kontaktbereich der miteinander in Wirkverbindung stehenden Bauteile Kolbeneinheit 2 und Gehäuse 1 entsprechend auszugestalten. Die Gestaltung dieses Kontaktbereiches geht aus den 2a und 2b hervor, der zur Verdeutlichung im Schnitt dargestellt ist.
Aus 2a ist ersichtlich, dass die Gestaltung darauf abzielt, dass im Kontaktbereich die Mantelfläche des Bundes 2.2 zur Auslenkrichtung hin abgeflacht ist, so dass durch diese Abflachung 2.3 ein Spalt sa zwischen Bund 2.2 und Gehäuse 1 entsteht, der größer als der Spalt s1 ist und dadurch eine größere Auslenkung ermöglicht. Umgekehrt ist es allerdings auch möglich, bei ausgezogener Kolbeneinheit 2 den Spalt s1 partiell im Kontaktbereich, der sich in Auslenkrichtung der Kolbeneinheit 2 zum Gehäuse 1 hin ergibt, zwischen dem Bund 2.2 und dem Gehäuseinnern zu vergrößern, in dem die Wandstärke über einen Teilbereich des Innenumfanges des Gehäuses 1 durch eine Einbuchtung 1.1 verringert wird. Wie aus 2b hervorgeht, entsteht somit ein Spalt sb, der ebenfalls größer ist als der Spalt s1, so dass auf diese Weise die Kolbeneinheit 2 in die Einbuchtung 1.1 einschwenken kann.

1: Gehäuse
1.1: Einbuchtung
2: Kolbenstange/Kolben
2.1: Dichtungsrücken
2.2: Bund
2.3: Abflachung
2.4: Nut
2.5: Erweiterung
2.6: Nut
3: Primärdichtung/Dichtelement
4: Sekundärdichtung
5: Druckraum
6: Abdeckring
sa: Spalt
sb: Spalt
s1: Spalt
Pfeil: Bewegungsrichtung Kolbeneinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19523215 B4 [0004]
- DE 10341470 A1 [0005]

Claims

Hydraulikzylinder mit einem hohlzylinderförmigen Gehäuse (1), in dessen Innenraum mit einem Durchmesser (d1) eine aus Kolben und Kolbenstange zusammengesetzte Kolbeneinheit (2) axial verlagerbar geführt ist und im vorderen Bereich der Kolbeneinheit (2) eine Primärdichtung (3) zur Abdichtung eines Druckraumes (5) vorgesehen ist, die zu einer weiteren in der Kolbeneinheit (2) eingesetzten Sekundärdichtung (4) beabstandet ist, und der die Dichtungen (3, 4) tragende Teil der Kolbeneinheit (2) im Innern des Gehäuses (1) verbleibt, dadurch gekennzeichnet, dass der die Primärdichtung (3) tragende Bereich der Kolbeneinheit (2) als Lagerstelle gegenüber dem Gehäuse (1) ausgebildet ist und sich deren Drehpunkt im Bereich der Primärdichtung (3) befindet.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche der Kolbeneinheit (2) im Anschluss an den Rücken der Primärdichtung (3) als Dichtungsrücken (2.1) ausgebildet ist und eine kreisförmige Kontur aufweist.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken der Sekundärdichtung (4) an einem Bund (2.2) anliegt, der einen Durchmesser (D2) aufweist.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innendurchmesser des Gehäuses (1) und dem Durchmesser (D2) des Bundes (2.2) ein Spalt (s1) vorhanden ist.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (s1) im Bereich des Bundes (2.2) durch dessen Abflachung (2.3) zu einem Spalt (sa) vergrößert wird.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abflachung (2.3) in radialer Richtung über einen Teilbereich der Mantelfläche des Bundes (2.2) erstreckt.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (s1) durch eine Einbuchtung (1.1) in der Innenwand des Gehäuses (1) zu einem Spalt (sb) vergrößert wird.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einbuchtung (1.1) in radialer Richtung über einen Teilbereich der Innenwand des Gehäuses (1) erstreckt.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei ausgezogener Kolbeneinheit (2) die Einbuchtung (1.1) im Gehäuse (1) im Kontaktbereich des Bundes (2.2) befindet.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Geberzylinder ausgebildet ist.