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Die Erfindung betrifft einen Nehmerzylinder für ein Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder anderen Nutzfahrzeuges, mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse verschiebbar aufgenommen Kolben, sowie einem Faltenbalg, der mit einem ersten Endbereich an dem Gehäuse und mit einem, dem ersten Endbereich abgewandten, zweiten Endbereich kolbenfest angebracht ist, wobei der Faltenbalg einen aus dem Gehäuse hinausragenden Stangenbereich des Kolbens zur Umgebung (des Nehmerzylinders) hin überdeckt. Auch betrifft die Erfindung eine Kupplung, vorzugsweise eine Reibungskupplung, für einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges mit diesem Nehmerzylinder.
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Gattungsgemäßer Stand der Technik ist bereits bekannt. Ein bekannter Nehmerzylinder ist aus dem Stand der Technik durch die
DE 10 2012 212 059 A1 offenbart. Dieser Nehmerzylinder, insbesondere für eine Kupplungsausrückvorrichtung zur Betätigung einer Kupplung in einem Kraftfahrzeug, weist ein Gehäuse auf, in dem axial verschieblich ein Kolben gelagert ist, wobei an dem Kolben eine Kolbenstange angreift.
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Bei den bekannten Ausführungen sind die Nehmerzylinder zur Anbringung seitlich / oberhalb des Getriebes vorgesehen. Da dieser Bereich bereits gut geschützt vor äußeren Einflüssen und deshalb weitgehend schmutzfrei gehalten ist, besteht für diese Nehmerzylinder häufig eine etwas geringere Anforderung hinsichtlich des Dichtungsvermögens. Die aus dem Stand der Technik bekannten Nehmerzylinder sind daher häufig weniger gut für die Anordnung seitlich / unterhalb des Getriebes geeignet. Denn bei der Kupplungsbetätigung wird bei den bekannten Nehmerzylindern innerhalb des Faltenbalges meist Luft verdrängt, wobei, um diese verdrängte Luft auszugleichen, eine Entlüftungsöffnung stets vorhanden ist. Der Faltenbalg „atmet“ folglich mit der Bewegung des Kolbens ein bzw. aus. Dadurch ist es jedoch unter Umständen möglich, dass Schmutz in den Faltenbalg eintreten kann. Insbesondere bei der beschriebenen Anordnung des Nehmerzylinders seitlich / unterhalb des Getriebes bestehen daher erhöhte Anforderungen hinsichtlich des Schmutzschutzes.
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Die Druckschrift
DE 100 11 131 C1 offenbart einen Zentralausrücker mit einem Gehäuse, in dem ein Druckraum ausgebildet ist und in welchem ein axial beweglicher Kolben gelagert ist. Radial außerhalb des Kolbens ist ein Faltenbalg angeordnet, der einen Zwischenraum einschließt. Bei einer Ein- oder Ausrückbewegung des Zentralausrückers kommt es zu keinem Austausch von in dem Zwischenraum enthaltenen Gas mit der Umgebung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere einen Nehmerzylinder zur Verfügung zu stellen, der möglichst über den gesamten Betrieb hinweg vor Schmutz geschützt sein soll.
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Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 gelöst. Dabei sind der Kolben sowie der Faltenbalg derart aufeinander sowie auf das Gehäuse abgestimmt, dass sich ein Volumen eines zwischen dem Faltenbalg, dem Kolben und dem Gehäuse eingeschlossenen Raumbereiches zwischen einer (vorzugsweise vollständig) eingefahrenen Stellung des Kolbens sowie einer (vorzugsweise vollständig) ausgefahrenen Stellung des Kolbens (relativ zum Gehäuse) um weniger als 10 % verändert. Der Faltenbalg liegt mit dem ersten Endbereich zumindest abschnittsweise an dem Gehäuse und/oder mit dem zweiten Endbereich zumindest abschnittsweise an dem Stangenbereich (vorzugsweise staubdicht / schmutzdicht, weiter bevorzugt luftdicht) an. Dadurch ist eine besonders robuste Anbindung des Faltenbalges gewährleistet. Der erste Endbereich ist derart auf eine (erste) Dichtsitzfläche am Gehäuse und/oder der zweite Endbereich ist derart auf eine (zweite) Dichtsitzfläche am Stangenbereich abgestimmt, dass eine beschränkte Leckagerate zwischen der Umgebung des Nehmerzylinders und dem Raumbereich im Betrieb umsetzbar / umgesetzt ist. Dadurch ist es dennoch möglich, Druckunterschiede seitens der Umgebung auszugleichen. Somit wird vermieden, dass bei sich ändernden Umgebungsbedingungen Unterdruck oder Überdruck innerhalb des Faltenbalges entsteht.
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Dadurch bleibt der durch den Faltenbalg abgedichtete Raumbereich im Betrieb im Wesentlichen hinsichtlich seiner Größe relativ ähnlich bzw. kann sogar gleich gehalten werden. Dadurch kommt es zu einem deutlich geringeren Luftaustausch zwischen der Umgebung und dem Raumbereich während des Verschiebens des Kolbens. Durch den geringeren Luftaustausch wird wiederum die Gefahr reduziert, dass Schmutzpartikel / Staubpartikel mit der Luftzufuhr in den Raumbereich hinein mitgenommen werden. Der Verschleiß wird dadurch deutlich reduziert und ein langlebiger Betrieb des Nehmerzylinders gewährleistet.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn sich das Volumen des Raumbereiches zwischen der eingefahrenen Stellung sowie der ausgefahrenen Stellung des Kolbens um weniger als 5 %, weiter bevorzugt um weniger als 3 %, besonders bevorzugt um weniger als 1 %, verändert. Dadurch wird die Dichtwirkung des Faltenbalges weiter verbessert.
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Diesbezüglich ist es auch zweckmäßig, wenn sich das Volumen des Raumbereiches über den gesamten Verschiebebereich zwischen der vollständig eingefahrenen Stellung und der vollständig ausgefahrenen Stellung des Kolbens um weniger als 10 %, weiter bevorzugt um weniger als 5%, weiter bevorzugt um weniger als 3 %, weiter bevorzugt um weniger als 1 %, verändert.
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Ist das Volumen des Raumbereiches gar in der eingefahrenen Stellung sowie in der ausgefahrenen Stellung, weiter bevorzugt in jeglichem Verschiebebereich zwischen der eingefahrenen Stellung und der ausgefahrenen Stellung, (exakt) gleich groß, kann ein Luftaustausch sogar vollständig vermieden werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Nehmerzylinder als ein Semi-Nehmerzylinder, d.h. als ein Nehmerzylinder für semi-hydraulische Kupplungsbetätigungssysteme ausgebildet ist.
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Zudem ist es auch zweckmäßig, wenn an dem Faltenbalg an dem jeweiligen Endbereich eine Wulst ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, einen Durchmesser dieser Wulst / Wulstdurchmesser um 5 bis 40 %, weiter bevorzugt um 20 %, kleiner als einen Durchmesser eines Dichtsitzes / Dichtsitzdurchmesser am Gehäuse bzw. am Stangenbereich auszuführen. Dadurch ist die dichte Anbringung des Faltenbalges bereits unmittelbar durch dessen Aufschieben auf dem jeweiligen Dichtsitz umgesetzt.
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Weiterhin ist es besonders zweckmäßig, wenn eine vorbestimmte Leckagerate von kleiner oder gleich 1 ml/min, bevorzugt kleiner oder gleich kleiner 0,1 ml/min, bei einer bestehenden Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem Raumbereich von 1×105Nm-2 (1bar), umgesetzt ist.
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Ist zwischen dem ersten Endbereich und dem Gehäuse und/oder zwischen dem zweiten Endbereich und dem Stangenbereich eine die Leckage ermöglichende Durchlassstruktur vorgesehen, ist der Aufbau des Nehmerzylinders weitestgehend vereinfacht.
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Diesbezüglich ist es wiederum vorteilhaft, wenn die Durchlassstruktur einen aufgerauten Oberflächenbereich aufweist, der vorzugsweise eine maximale Rautiefe (Rmax) von 20 µm bis 100 µm und/oder eine gemittelte Rautiefe (Rz) von 10 µm bis 50 µm aufweist. Insbesondere ist ein solcher Oberflächenbereich dann lediglich in Umfangsrichtung gesehen beschränkt ausgebildet.
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Weiterhin ist es diesbezüglich vorteilhaft, wenn die Durchlassstruktur eine Unebenheit in Form einer Erhöhung oder einer Vertiefung (vorzugsweise als eine Nut oder ein Kanal) aufweist. Dadurch lässt sich ein Luftmassenausgleich geschickt realisieren.
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Die Durchlassstruktur ist bevorzugt in der Dichtsitzfläche / in dem Dichtsitz seitens des Gehäuses oder des Kopfbereiches umgesetzt, kann jedoch auch in dem ersten Endbereich oder dem zweiten Endbereich des Faltenbalges eingebracht sein.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem einen Nehmerzylinder nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweisenden Kupplungsbetätigungssystem. Damit ist die Kupplung ebenfalls besonders effizient ausgebildet.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist somit ein Gummibalg (Faltenbalg) für einen Semi-Nehmerzylinder umgesetzt, der (luft-)dicht ausgestaltet ist. Zudem ist der Gummibalg so konstruiert, dass nur vernachlässigbare Luftvolumen bei der Betätigung verdrängt werden. Dazu wird der Gummibalg so verkleinert (indem die Falten des Gummibalges nach innen verlagert werden), dass das Volumen zwischen einem eingerückten Zustand und einem ausgerückten Zustand des Nehmerzylinders ähnlich bzw. gleich ist.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittdarstellung eines Nehmerzylinders nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei ein Kolben des Nehmerzylinders in seiner vollständig ausgefahrenen Stellung abgebildet ist, und
- 2 eine Längsschnittdarstellung des Nehmerzylinders nach 1, wobei der Kolben 3 in seiner vollständig eingefahrenen Stellung im Gehäuse dargestellt ist.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Nehmerzylinder in seinem Aufbau veranschaulicht. Der Nehmerzylinder 1 ist Teil eines Kupplungsbetätigungssystems, nämlich eines Ausrücksystems, das jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellt ist. Der Nehmerzylinder 1 ist als ein hydraulischer Nehmerzylinder ausgeführt. Zudem ist der Nehmerzylinder 1 bevorzugt als Semi-Nehmerzylinder ausgestaltet, d.h. zum Einsatz in einem semihydraulischen Kupplungsbetätigungssystem vorbereitet.
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Der Nehmerzylinder 1 weist auf typische Weise ein Gehäuse 2 auf, das einen Kolben 3 verschiebbar aufnimmt. Hierfür weist das Gehäuse 2 einen zylindrischen Hohlraum 16 auf, der zur Umgebung hin an einer Stirnseite des Gehäuses 2 geöffnet ist. Seitens dieser Öffnung ist der Kolben 3 stets in den Hohlraum 16 um einen bestimmten Bereich eingeschoben und an einer den Hohlraum 16 einschließenden zylindrischen Innenfläche 25 verschiebbar geführt. Der Kolben 3 weist einen Dichtsitzbereich 17 auf, der in den Hohlraum 16 in jeder praktisch umgesetzten Verschiebestellung des Kolbens 3 eingeschoben ist. Der Kolben 3 liegt mit dem Dichtsitzbereich 17 an der Innenfläche 25 an. Der Dichtsitzbereich 17 bildet einen in dem Gehäuse 2 verschiebbar aufgenommenen ersten Endbereich des Kolbens 3 aus.
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An den Dichtsitzbereich 17 schließt in axialer Richtung, d.h. in Längsrichtung des Kolbens 3 / des Hohlraums 16 ein Stangenbereich 7 des Kolbens 3 an. Der Stangenbereich 7 erstreckt sich in axialer Richtung aus dem Gehäuse 2 hinaus. Mit einem, dem Dichtsitzbereich 17 abgewandten zweiten Endbereich des Kolbens 3 bildet dieser einen Kopfbereich 18 aus.
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Gemäß der Ausführung des Nehmerzylinders 1 als hydraulischer Nehmerzylinder schließt der Kolben 3 in jeglicher im Betrieb umgesetzter Verschiebestellung mit dem Gehäuse 2 eine hydraulische Druckkammer 19 aus, in Abhängigkeit deren Druckes der Kolben 3 in die entsprechende Verschiebestellung relativ zum Gehäuse 2 verschoben ist. In 1 ist der Kolben 3 in einer vollständig ausgefahrenen Stellung relativ zum Gehäuse 2 angeordnet. In 2 ist der Kolben 3 in seiner vollständig eingefahrenen Stellung relativ zum Gehäuse 2 angeordnet. Während in der ausgefahrenen Stellung nach 1 eine den Kolben 3 aus dem Gehäuse 2 hinaus vorspannende Feder 20 in Form einer Schraubenfeder vollständig ausgefahren ist, ist diese in 2 vollständig zusammengestaucht.
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Des Weiteren ist an dem Nehmerzylinder 1 ein Faltenbalg 4 vorgesehen. Der aus Gummi hergestellte Faltenbalg 4 ist so angebracht, dass er den aus dem Gehäuse 2 hinausragenden Teil des Stangenbereiches 7 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kopfbereich 18 zur Umgebung des Nehmerzylinders 1 hin, d.h. radial nach außen relativ zur Längsachse 21 des Hohlraums 16, überdeckt. Insbesondere liegt der Faltenbalg 4 staubdicht seitens des Gehäuses 2 sowie seitens des Kolbens 3 am Kopfbereich 18 an, sodass ein zwischen dem Gehäuse 2, dem Kolben 3 sowie dem Faltenbalg 4 eingeschlossener Raumbereich 8 zur Umgebung hin abgedichtet ist.
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Wie unter Zusammenwirkung der 1 und 2 erkennbar, sind nun der Kolben 3 seitens seines Stangenbereiches 7 sowie der Faltenbalg 4 derart ausgestaltet sowie aufeinander und auf das Gehäuse 2 abgestimmt, dass sowohl in der vollständig eingefahrenen Stellung des Kolbens 3 nach 2 als auch in der vollständig ausgefahrenen Stellung nach 1 der Raumbereich 8 das gleiche Volumen aufweist. Folglich ist das in 1 zwischen dem Kolben 3 (d.h. dem Stangenbereich 7, dem Dichtsitzbereich 17 und dem Kopfbereich 18), dem Gehäuse 2 sowie dem Faltenbalg 4 eingeschlossene Volumen 22 gleich dem in 2 dem Kolben 3 (d.h. dem Stangenbereich 7, dem Dichtsitzbereich 17 und dem Kopfbereich 18), dem Gehäuse 2 sowie dem Faltenbalg 4 eingeschlossene Volumen 22.
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Der Faltenbalg 4 ist mit seinem ersten Endbereich 5, wie in 1 gut zu erkennen, an einem ersten Dichtsitz 14 am Gehäuse 2 angebracht. Hierfür ist an dem ersten Endbereich 5 eine Wulst ausgestaltet, weshalb der erste Endbereich 5 einen ersten Wulstbereich 23 bildet. Der erste Endbereich 5 ist über eine erste Dichtsitzfläche 9 des ersten Dichtsitzes 14 gespannt. Insbesondere ist ein Durchmesser des ersten Wulstbereiches 23 um 20 % kleiner als ein Durchmesser (Außendurchmesser / Dichtsitzdurchmesser) des Gehäuses 2 am ersten Dichtsitz 14. Dadurch ist der Faltenbalg 4 mit seinem ersten Endbereich 5 an der in Umfangsrichtung umlaufenden ersten Dichtsitzfläche 9 staubdicht angebracht.
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Dem entsprechend ist ein zweiter Endbereich 6 an einem zweiten Dichtsitz 15 am Kopfbereich 18 des Kolbens 3 angebracht. Auch bildet der zweite Endbereich 6 eine Wulst aus, weshalb er als zweiter Wulstbereich 24 bezeichnet ist. Der zweite Wulstbereich 24 ist über eine zweite Dichtsitzfläche 10 eines zweiten Dichtsitzes 15 am Kopfbereich 18 gespannt. Auch hier ist wiederum ein Durchmesser des zweiten Wulstbereiches 24 um 20 % kleiner als ein (Außen-)Durchmesser der zweiten Dichtsitzfläche 10. Dadurch ist der Faltenbalg 4 mit seinem zweiten Endbereich 6 an der in Umfangsrichtung umlaufenden zweiten Dichtsitzfläche 9 staubdicht sowie luftdicht angebracht.
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Die Dichtsitzflächen 9, 10 weisen jeweils eine maximale Rautiefe Rmax kleiner als 20µm, hier sogar kleiner als 10µm auf.
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Um Umgebungsschwankungen hinsichtlich des Luftdruckes auszugleichen, ist der Faltenbalg 4 mit einer bestimmten Leckage versehen. Zu diesem Zwecke ist der erste Endbereich 5 prinzipiell auf die erste Dichtsitzfläche 9 am Gehäuse 2 so abgestimmt, dass eine beschränkte Leckagerate zwischen der Umgebung des Nehmerzylinders 1 und dem Raumbereich 8 im Betrieb ermöglicht ist. Alternativ hierzu wäre jedoch auch der zweite Endbereich 6 entsprechend auf die zweite Dichtsitzfläche 10 abzustimmen. Hierbei wird insbesondere eine Leckagerate von ≤ 1 ml/min, bei einer bestehenden Druckdifferenz zwischen Umgebung und dem Raumbereich 8 von 105 Nm-2, umgesetzt.
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Diese Leckagerate wird in dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2, wie in 1 angedeutet, über eine als Unebenheit 12 ausgebildete Durchlassstruktur 11 umgesetzt. Diese Unebenheit 12 ist als Vertiefung 13, nämlich als eine Nut / ein Kanal, ausgebildet. Die Unebenheit 12 ist in radialer Richtung in die erste Dichtsitzfläche 9 eingebracht und erstreckt sich in axialer Richtung derart, dass sie den ersten Endbereich 5 untergräbt. Die Unebenheit weist eine Querschnittsfläche von weniger als 0,2 mm2 auf. Alternativ hierzu wäre es jedoch auch möglich, die Unebenheit 12 als Erhöhung auszuführen. Auch wäre es wiederum alternativ möglich, schlicht die Durchlassstruktur 11 als einen aufgerauten Oberflächenbereich auszuführen. In dieser Ausführung ist die Oberfläche der ersten Dichtsitzfläche 9 in einem beschränkten Umfangsbereich (Oberflächenbereich) aufgeraut. Bevorzugt sind maximale Rautiefen von 20 bis 100 µm sowie eine gemittelte Rautiefe von 10 bis 50 µm in diesem Oberflächenbereich umgesetzt. Auch ist es möglich, die unterschiedlichen Durchlassstrukturen 11 an dem ersten Dichtsitz 14 / der ersten Dichtsitzfläche 9 und / oder an dem zweiten Dichtsitz 15 / der zweiten Dichtsitzfläche 10 zusammen umzusetzen. Zudem ist es auch möglich, die unterschiedlichen Durchlassstruktur an dem ersten Endbereich 5 und / oder dem zweiten Endbereich 6 des Faltenbalges 4 vorzusehen.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist ein Nehmerzylinder 1 mit dichtem Gummibalg 4 so konstruiert, dass nur vernachlässigbare Luftvolumen 22 bei der Betätigung verdrängt werden. Der Nehmerzylinder 1 mit seinem dichten Gummibalg 4 ist daher volumenneutral ausgebildet. Ziel ist es, das Luftvolumen 22 innerhalb des Balgs 4 in der ausgerückten Stellung des Kolbens 3 gleich dem Luftvolumen 22 innerhalb des Balgs 4 in der eingerückten Stellung des Kolbens 3 umzusetzen. Hierzu erfolgt eine gezielte geometrische Gestaltung des Gummibalgs 4, um das Luftaustauschvolumen zu minimieren. Hierzu werden die Falten des Balges 4 nach innen gelegt und verdrängen beim Zusammenfalten exakt das Volumen, das der Kolben 3 bei der Verschiebung frei gibt. Der Gummibalg 4 weist einen luftdichten oder weitgehend luftdichten Sitz auf. Hierfür ist eine Wulst (Wulstbereich 23, 24) an den Balgenden (Endbereiche 5 und 6) vorgesehen, wobei eine Vorspannung auf die Dichtstelle (Dichtsitz 14, 15) mittels einer geeigneten Überdeckung von Wulst 23, 24 zu Gehäuse 2 bzw. Kolbenbereich 18 umgesetzt ist. Z.B. ist ein Wulstdurchmesser 5% bis 40% (typ 20%) kleiner als ein Dichtsitzdurchmesser. Der Dichtsitz 14, 15 auf Kolben 3 und/oder Gehäuse 2 weist bevorzugt eine Dichtfläche 9, 10 mit (Rmax<20µm (typ <10µm)) auf. Um über einen größeren Zeitraum (>5Min) den Balg 4 zu entlüften, d.h. um Langzeiteffekte auszugleichen, ist es zusätzlich denkbar, am Dichtsitz 14, 15, eine Minimalleckage einzustellen. Hierfür ist zum Beispiel eine Leckrate kleiner als 1 ml/min (typisch kleiner 0,1 ml/min) jeweils bei 1 bar Differenzdruck. So eine partielle Leckstelle wird beispielhaft über eine kleine / abschnittsweise raue Oberfläche hergestellt (Rz 10.....50µm oder Rmax 20...100 µm). Das kann sowohl im Gummibalg 4 als auch auf dessen Dichtsitz 14, 15 gemacht werden. Alternativ kann auch eine Erhöhung oder eine Vertiefung 13 (Nut) verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nehmerzylinder
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kolben
- 4
- Faltenbalg
- 5
- erster Endbereich
- 6
- zweiter Endbereich
- 7
- Stangenbereich
- 8
- Raumbereich
- 9
- erste Dichtsitzfläche
- 10
- zweite Dichtsitzfläche
- 11
- Durchlassstruktur
- 12
- Unebenheit
- 13
- Vertiefung
- 14
- erster Dichtsitz
- 15
- zweiter Dichtsitz
- 16
- Hohlraum
- 17
- Dichtsitzbereich
- 18
- Kopfbereich
- 19
- Druckkammer
- 20
- Feder
- 21
- Längsachse
- 22
- Volumen
- 23
- erster Wulstbereich
- 24
- zweiter Wulstbereich
- 25
- Innenfläche