DE19811657A1

DE19811657A1 - Hydraulisch betätigbares Ausrücksystem

Info

Publication number: DE19811657A1
Application number: DE19811657A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Winkelmann; Rainer Venz
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch betätigbares Ausrücksystem (1) für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung, dessen Druckgehäuse (2) einen ringförmigen Druckraum (3) aufweist, in dem längsverschieblich ein Kolben (4) geführt ist, der einen Dichtring (7) besitzt, dessen Dichtlippen (8, 9) an Dichtungsgleitflächen (14, 13) anliegen, die mit einer Schutzschicht versehen sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß bestehen diese Dichtungsgleitflächen (14, 13) nach den unabhängigen Ansprüchen 1, 5 und 7 aus einer Al¶2¶O¶3¶-Schicht, einer kaltverfestigten Stahloberfläche oder aus einer intermetallischen Verbindung bzw. einer Dispersionsschicht.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch betätigbares Ausrücksystem für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung mit einem konzentrisch zu einer Getriebeein gangswelle angeordneten aus einem polymeren Werkstoff gefertigten Druckge häuse, das einen ringförmigen Druckraum aufweist, in dem längsverschieblich ein mit einem Ausrücklager verbundener Kolben geführt ist, wobei dieser rohrförmige Kolben an seinem vom Ausrücklager abgewandten Ende eine schleifende Dichtung mit zwei voneinander beabstandeten Dichtlippen auf weist, die an Dichtungsgleitflächen anliegen, wobei zumindest eine der Dich tungsgleitflächen mit einer Schutzschicht versehen ist.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Kupplungsbetätigung ist in der DE 43 31 728 A1 vorbeschrieben. In bekannter Weise ist ein axial verschiebbarer Kolben an einem Ende mit einer Dichtung versehen, deren Dichtlippen gleitend an einer Wandung eines zu gehörigen Druckraumes anliegen. Der Druckraum wird durch ein doppelwandi ges zylindrisches Gehäuse gebildet, dessen Gleitflächen für die schleifende Dichtung des Kolbens plattiert sind. Im vorliegenden Fall sind diese autokataly tisch, d. h. stromlos vernickelt. Die auf diese Weise plattierte Schicht des polymeren Gehäuses verbessert dessen Verschleißfestigkeit und trägt auch dazu bei, daß das Dichtungselement weniger anfällig für eine Beschädigung ist, wodurch die Lebensdauer des aus dem zylindrischen Gehäuse und den da zugehörigen Elementen gebildeten Hydraulikzylinders verlängert wird. Nach einer anderen Ausführungsvariante dieser Vorveröffentlichung werden die Dichtungsflächen durch eine Stahlhülse gebildet, die einstückig mit den Wän den des zylindrischen Gehäuses ausgebildet ist, wobei diese Wände aus einem polymeren Werkstoff hergestellt sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, andere Schutzschichten für hydrau lisch betätigbare Ausrücksysteme für Kraftfahrzeuge zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des ersten unabhängigen Anspruches 1 dadurch gelöst, daß die Dichtungsgleitfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, dessen Oberfläche zur Erzeugung einer Oxidschicht einer chemischen oder elektrochemischen Behand lung unterworfen ist.

Die an sich bekannten vorteilhaften charakteristischen Eigenschaften der Al₂O₃- Schicht im Zusammenhang mit hydraulischen Ausrücksystemen sind deren hervorragende Korrosionsbeständigkeit bei chemischen Angriffen mit PH-Werten von 5 bis 8 sowie deren hohe mechanische Beanspruchbarkeit durch Härte und Abriebsfestigkeit. Die Erzeugung der gewünschten Oxidschicht zur Verstärkung des natürlichen Oxidfilms einer Aluminiumoberfläche erfolgt in bekannter Weise entweder durch chemische oder durch elektrochemische Behandlung. Das chemische Oxidieren, d. h. durch eine Tauch- oder Spritzbehandlung von Aluminium, in den verschiedensten alkalischen oder saueren oxidationsmittel haltigen Lösungen, lassen sich die unterschiedlichsten Schichten herstellen. Von wesentlich größerer Bedeutung sind die elektrochemischen Verfahren zur Erzeugung der Aluminiumoxidschicht. Die mit Aluminium beschichtete Ober fläche wird dabei als Anode geschaltet und zusammen mit einer Gegenelek trode in einem Elektrolyten unter Gleichspannung gesetzt, wobei der anodisch sich abscheidende Sauerstoff bereits im Stadium des Entstehens eine Verbindung mit der Aluminiumoberfläche eingeht. Darüber hinaus entstehen Oxidschichten auf gereinigten Aluminiumoberflächen durch Behandeln in kochendem Wasser oder Dampf. Die Schichtdicke des Böhmits, d. h. des kristallinen, farblosen, wasserhaltigen Aluminiumoxids (AlOOH) ist dabei jedoch relativ gering.

Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, daß die Oxidschicht eine Stärke von 5 bis 100 µm aufweisen soll. Aufbau und Dicke der Schicht hängen im wesentlichen von der Zeit und von der entsprechenden Strombelastung ab.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 soll die Oxid schicht verdichtet sein. Das Verdichten stellt in bekannter Weise eine wichtige und abschließende Behandlung beim anodischen Oxidieren dar. Nur ein ausreichendes Verdichten gewährleistet einen vollwertigen Schutz der Ober fläche. Bei der Verdichtung erreicht man an der anodischen Oxidschicht durch Kristallwasseraufnahme ein Schließen der Poren. Die Schichten werden dadurch besonders korrosions- und abriebsfest.

Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal der Erfindung nach Anspruch 4 soll die Oxidschicht von einem Kunststoff, von einem Eisenwerkstoff oder von metallischem Aluminium getragen sein, der bzw. das im Druckraum einstückig mit einem Druckgehäuse verbunden ist. Mit anderen Worten, es wird zunächst eine Führungshülse aus einem der genannten Werkstoffe hergestellt, die dann anschließend bedampft bzw. chemisch behandelt wird und danach in das durch Spritzgießverfahren hergestellte Kunststoffgehäuse eingesetzt wird. Auf diese Weise ist ein Werkstoffverbund gebildet, der aus einem dünnwandigen Kunst stoffgehäuse besteht, das mit einer stabilen und verschleißfesten Führungshülse kombiniert ist. Diese erfindungsgemäße Paarung von Bauteilen unterschiedlicher Materialien abgedichtet über einen Dichtring gewährleistet für den Nehmer zylinder, daß auch die im Betrieb sich einstellende Erwärmung und die damit verbundenen Wärmedehnungen dessen Dichtfunktion nicht beeinträchtigen.

Die Aufgabe der Erfindung kann nach dem zweiten unabhängigen Anspruch 5 auch dadurch gelöst werden, daß die Dichtungsgleitfläche eine kaltverfestigte Stahloberfläche ist, wobei nach Anspruch 6 die Verfestigung in bekannter Weise durch Rollieren oder durch Abstrecken erfolgt. Unter Verfestigung, auch als Kalthärtung bekannt, wird die Eigenschaft von Metallen verstanden, ihren Widerstand gegenüber plastischer Verformung zu erhöhen. Auf diese Weise können aus dem gleichen Metall Werkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden, im vorliegenden Fall eben Stahl mit hoher Härte und Festig keit, die sich besonders vorteilhaft auf die Funktionsweise der Abdichtung in hydraulischen Ausrücksystemen auswirken.

Die Aufgabe kann schließlich nach dem dritten unabhängigen Anspruch 7 auch dadurch gelöst werden, daß die Dichtungsgleitfläche eine intermetallische Verbindung oder eine Dispersionsschicht ist, die von einem Kunststoff getragen ist, der im Druckraum einstückig mit dem Druckgehäuse verbunden ist. Auf diese Weise ist ein Werkstoffverbund gebildet, der aus zwei unterschiedlichen polymeren Werkstoffen und der eigentlichen Dichtungsgleitfläche zusammen gesetzt ist. Dadurch wird es möglich, den Betätigungszylinder kostengünstig auszuführen.

Unter intermetallischer Verbindung ist dabei in bekannter Weise eine chemi sche Verbindung zweier oder mehrerer Metalle in einem ihren Atomgewichten entsprechenden Mischungsverhältnis zu verstehen, vorwiegend mit metallischer Bindung und daher weitgehend metallisch. Die intermetallischen Verbindungen besitzen als hochfeste, leichte Werkstoffe hoher Schmelztemperatur bei hydrau lischen Kupplungs- und Bremsbetätigungen ein interessantes Anwendungs potential im Hinblick auf die Verhinderung von Korrosions- und Verschleiß problemen. Das gleiche, d. h. eine gute Verhinderung von Korrosions- und Verschleißproblemen trifft für Dispersionsschichten zu, unter denen der Fach mann metallische Oberflächenschutzschichten mit eingelagerten Partikeln versteht, die durch galvanisches Abscheiden hergestellt werden. Technische Bedeutung haben in diesem Zusammenhang vor allem elektrolytisch abgeschie dene Nickelschichten und auch fremdstromlosabgeschiedene Nickel-Phosphor- Schichten.

Nach einem weiteren Merkmal gemäß Anspruch 8 ist vorgesehen, daß die intermetallische Verbindung eine Kupfer-Zinn-, eine Kupfer-Zinn-Zink-, eine Zinn-Nickel- oder eine Wolfram-Nickel-Legierung ist. Die Kupfer-Zinn- bzw. die Kupfer-Zinn-Zink-Legierungen werden dabei in bekannter Weise aus galvani schen Bädern abgeschieden, wobei die Farbe der abgeschiedenen Schichten je nach Badtyp und Legierungszusammensetzung weiß oder gelb ist. Genau abgestimmte Komponenten des galvanischen Bades erlauben bei konstanter Elektrolytzusammensetzung eine sichere Arbeitsweise mit gleichbleibenden Schichteigenschaften. Neben ausgezeichneter Metallverteilung ergeben sich je nach Badtyp anlaufbeständige Schichten mit hoher Abriebsfestigkeit und bestem Korrosionsverhalten. Ein weiterer Vorteil dieser Schichten liegt darin, daß bei Hautkontakt keine allergischen Reaktionen hervorgerufen werden, wie sie beispielsweise von nickelhaltigen Gebrauchsgegenständen bekannt sind. Das gleiche trifft für Zinn-Nickel- oder Wolfram-Nickel-Legierungen zu, d. h. auch diese werden elektrolytisch abgeschieden. So haben beispielsweise Zinn-Nickel- Überzüge ein edelstahlähnliches Aussehen. Weitgehend unabhängig vom Zinn- Nickel-Verhältnis im Elektrolyten scheidet sich immer eine Zinn-Nickel-Legie rung im Atomverhältnis Nickel : Zinn gleich 1 : 1 ab. Dies entspricht in etwa einem Gewichtsverhältnis von 65% Nickel und 35% Zinn. Der Fachmann spricht in diesem Fall von einer metastabilen Monophase. Auf diese Schichten sind hinsichtlich Korrosions- und Verschleißverhalten als Auflagematerial be stens geeignet.

Aus Anspruch 9 geht hervor, daß die Dispersionsschicht eine Nickel-Phosphor- Schicht mit PTFE-Teilchen ist.

Bei der stromlosen Abscheidung von Nickel werden gleichzeitig kleine Mengen an Phosphor mit abgeschieden, die die Korrosionsbeständigkeit des Nickels erhöhen. Die so beschichtete Oberfläche zeichnet sich durch sehr gute Trocken gleiteigenschaften und niedrige Abriebskoeffizienten aus, sie ist sehr formgenau, sehr hart und verschleißfest. Die PTFE-Teilchen (Polytetrafluoretylen) sind in der Nickel-Phosphor-Matrix über die ganze Schichtdicke gleichmäßig verteilt. Bei Abrieb der Oberfläche werden daher immer neue PTFE-Partikel freigelegt, so daß die Schmiereigenschaften während der ganzen Lebensdauer der Beschich tung erhalten bleiben. Durch diese Verringerung des Dichtungsverschleißes erhöht sich insbesondere unter extremen Betriebsbedingungen die Gebrauchs dauer der entsprechenden Bauteile. Durch den insgesamt verringerten Gleitrei bungskoeffizienten wird auch ein besserer Gesamtwirkungsgrad erreicht.

Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 10 ist vorgesehen, daß die Dichtungsgleitfläche mit einer Vielzahl von winzigen Ausnehmungen versehen ist, die unregelmäßig oder regelmäßig verteilt angeord net sind. Durch diese unregelmäßig angeordneten Ausnehmungen wird das Rückhaltevermögen der Dichtungsgleitflächen für Hydraulikmittel verbessert, so daß der Gleitreibungsanteil in seiner Gesamtheit herabgesetzt werden kann. In diesem Fall ist schließlich nach Anspruch 11 vorgesehen, daß das Verhältnis der Ausnehmungen zur Gesamtfläche 5-50% beträgt, wobei die maximale Rauh tiefe R 10 µm beträgt und die maximale Fläche einer Ausnehmung 1 mm² beträgt. In diesem Zusammenhang kann es zur Reduzierung des Dichtringver schleißes noch zweckmäßig sein, wenn die Ränder der Ausnehmungen ver rundet oder gebrochen ausgeführt sind. Unter Rauhtiefe R ist dabei der Abstand von Hüllprofil und Grundprofil zu verstehen.

Schließlich ist nach Anspruch 12 vorgesehen, daß das Druckgehäuse als ein Werkstoffverbund ausgebildet ist, der aus einem nichtgalvanisierfähigen Kunst stoffkörper und einem die Dichtungsgleitflächen tragenden galvanisierfähigen Kunststoff besteht. Dies hat den Vorteil, daß das partielle Beschichten der Dichtungsgleitflächen ohne zeit- und kostenaufwendige Abdeckarbeiten (Mas kieren) erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Kunststoffgrund körper genau dem entsprechenden Anwendungsfall, beispielsweise hinsichtlich Festigkeit und Temperatur angepaßt werden kann.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen Nehmerzylinder eines hydraulischen Ausrücksystems.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

In der Figur ist eine hydraulisch betätigbare Ausrückvorrichtung 1 in Form eines Nehmerzylinders gezeigt. Diese umfaßt ein aus einem polymeren Werkstoff gefertigtes Druckgehäuse 2, das konzentrisch um eine nicht dargestellte Getrie beeingangswelle angeordnet ist und lösbar an einem ebenfalls nicht gezeigten Getriebegehäuse befestigt ist. Das Druckgehäuse 2 weist einen Druckraum 3 auf, in dem längsverschieblich ein Kolben 4 geführt ist, der über eine im Druck gehäuse 2 angeordnete Zuführungsbohrung 5 mit Hydraulikmittel beaufschlag bar ist.

Während am linksseitigen Ende der ringförmige Kolben 4 mit einem Ausrück lager 6 verbunden ist, weist er an seinem anderen Ende einen Dichtring 7 auf, der mit zwei voneinander beabstandeten Dichtlippen 8 und 9 den Druckraum 3 abdichtet. Der Druckraum 3 ist an seiner inneren Umfangsfläche mit einer Führungshülse 10 verbunden, die mit dem Druckgehäuse 2 über ein Sicherungs element 11 formschlüssig verbunden ist. Am rechtsseitigen Ende weist die Führungshülse 10 eine Ausbauchung auf, die zur flüssigkeitsdichten Abdichtung ein elastisches Dichtelement 12 aufnimmt. Die Dichtungsgleitflächen 13 und 14 für die Dichtlippen 9 und 8 werden einerseits durch das Druckgehäuse 2 und andererseits durch die Mantelfläche der Führungshülse 10 gebildet.

In erfindungsgemäßer Weise ist die Führungshülse 10 aus Aluminium gefertigt, deren Mantelfläche, d. h. die Dichtungsgleitfläche 14 zur Erzeugung einer künstlichen Al₂O₃-Schicht einer elektrolytischen Behandlung unterworfen wurde. Das Oxidieren der Mantelfläche erfolgte in bekannter Weise nach dem Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren (GS) unter folgenden Verfahrensbedingun gen:

Zusammensetzung:
Schwefelsäure H₂SO₄ (1,84 g/cm³): 280 g/l
Aluminiumsulfat (Al₂O₃×18 H₂O): 25 g/l

Arbeitsbedingungen:
Dichte bei 20°C: 1,18 bis 1,29 g/cm³
Temperatur: 18 bis 20 °C
Stromdichte: 1,5 A/dm²
Spannung: 10 bis 15 V
Schaltung der Führungshülse: anodisch
Schichtwachstum: 1 µm in 2 bis 3 min.
Bewegung: mit Druckluft
Katode: Aluminiumkatode
Oberflächenverhältnis Anode : Katode: 1 : 1.

Mit Hilfe dieses bekannten GS-Verfahrens wurde eine Aluminiumoxidschicht erzeugt, die eine Stärke von etwa 60 µm aufweist. Durch diese auf der Mantel fläche der Führungshülse 10 aufgebrachte Al₂O₃-Schicht ist sichergestellt, daß über den gesamten axialen Verschiebeweg des Kolbens 4, d. h. über die gesam te axiale Länge der Dichtungsgleitfläche 14 eine gleichmäßig ausgebildete Al₂O₃-Schicht vorhanden ist, die sehr korrosionsfest und abriebsbeständig ist, so daß ein einwandfreie Dichtung realisiert ist. Ein weiterer Vorteil dieser Füh rungshülse 10 besteht darin, daß der ansonsten aus einem polymeren Werkstoff gefertigte Nehmerzylinder eine gute Stabilität besitzt.

Die Erfindung ist nicht auf den beschriebenen Nehmerzylinder für ein hydrauli sches Kupplungsausrücksystem beschränkt. Es fallen auch Geberzylinder unter den Erfindungsgedanken. Die Erfindung ist auch nicht auf hydraulische Kupp lungsausrücksysteme beschränkt, sondern ebenso werden hydraulische Brems systeme ausdrücklich eingeschlossen.

Bezugszeichenliste

1

Ausrückvorrichtung

2

Druckgehäuse

3

Druckraum

4

Kolben

5

Zuführungsbohrung

6

Ausrücklager

7

Dichtring

8

Dichtlippe

9

Dichtlippe

10

Führungshülse

11

Sicherungselement

12

Dichtelement

13

Dichtungsgleitfläche

14

Dichtungsgleitfläche

Claims

1. Hydraulisch betätigbares Ausrücksystem (1) für eine Kraftfahrzeug-Reibungs kupplung mit einem konzentrisch zu einer Getriebeeingangswelle angeordneten aus einem polymeren Werkstoff gefertigten Druckgehäuse (2), das einen ringför migen Druckraum (3) aufweist, in dem längsverschieblich ein mit einem Aus rücklager (6) verbundener Kolben (4) geführt ist, wobei dieser rohrförmige Kolben (4) an seinem vom Ausrücklager (6) abgewandten Ende eine schleifende Dichtung (7) mit zwei voneinander beabstandeten Dichtlippen (8, 9) aufweist, die an Dichtungsgleitflächen (14, 13) anliegen, wobei zumindest eine der Dichtungsgleitflächen (14) mit einer Schutzschicht versehen ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die Dichtungsgleitfläche (14) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, dessen Oberfläche zur Erzeugung einer Oxid schicht einer chemischen oder elektrochemischen Behandlung unterworfen ist.

2. Ausrücksystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxid schicht eine Stärke von 5 bis 100 µm aufweist.

3. Ausrücksystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxid schicht verdichtet ist.

4. Ausrücksystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxid schicht von einem Kunststoff, von einem Eisenwerkstoff oder von metallischem Aluminium getragen ist, der bzw. das im Druckraum (3) einstückig mit einem Druckgehäuse (2) verbunden ist.

5. Ausrücksystem (1) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dichtungsgleitfläche (14) eine kaltverfestigte Stahloberfläche ist.

6. Ausrücksystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober fläche durch Rollieren oder Abstrecken verfestigt ist.

7. Ausrücksystem (1) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dichtungsgleitfläche (14) eine intermetallische Verbindung oder eine Dispersionsschicht ist, die von einem Kunststoff, der im Druckraum (3) einstückig mit dem Druckgehäuse (2) verbunden ist getragen ist.

8. Ausrücksystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die inter metallische Verbindung eine Kupfer-Zinn-, eine Kupfer-Zinn-Zink-, eine Zinn- Nickel- oder eine Wolfram-Nickel-Legierung ist.

9. Ausrücksystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionsschicht eine Nickel-Phosphor-Schicht mit PTFE-Teilchen ist.

10. Ausrücksystem (1) nach den Ansprüchen 1, 5 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dichtungsgleitfläche (14) mit einer Vielzahl von winzigen Ausnehmungen versehen ist, die unregelmäßig oder regelmäßig verteilt angeord net sind.

11. Ausrücksystem (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Ausnehmungen zur Gesamtfläche 5 bis 50% beträgt, wobei die maximale Rauhtiefe R 10 µm beträgt und die maximale Fläche einer Ausneh mung 1 mm² beträgt.

12. Ausrücksystem (1) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Druckgehäuse (2) als ein Werkstoffverbund ausgebildet ist, der aus einem nichtgalvanisierfähigen Kunststoffgrundkörper und einem die Dichtungsgleitflächen (13, 14) tragenden galvanisierfähigen Kunststoff besteht.