DE19916625C1

DE19916625C1 - Kolben mit integriertem Federelement

Info

Publication number: DE19916625C1
Application number: DE1999116625
Authority: DE
Inventors: Richard Schenk; Edgar Freitag
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2019-04-14

Abstract

Kolben mit zumindest einem integrierten Federelement (1), umfassend zumindest einen Stützkörper (3), wobei der Stützkörper (3) zumindest teilweise in einer druckbeaufschlagbaren Ausnehmung (4) eines Gehäuses (5) in axialer Richtung (6) hin- und herbewegbar ist und wobei der Stützkörper (3) durch das Federelement (1) elastisch nachgiebig an zumindest einer Andruckplatte (2) abstützbar ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Kolben.

Stand der Technik

Ein Kolben ist beispielsweise aus der DE 93 01 203 U1 bekannt. Der vorbekannte, allgemeine Kolben weist zumindest ein integriertes Federelement auf, umfassend zumindest einen Stützkörper, wobei der Stützkörper zumindest teilweise in einer druckbeaufschlagbaren Ausnehmung eines Gehäuses in axialer Richtung hin- und herbewegbar ist, wobei der Stützkörper durch das Federelement elastisch nachgiebig an zumindest einer Andruckplatte abstützbar ist.

Ein weiterer Kolben ist aus der DE 195 16 728 A1 bekannt. Der Kolben ist für ein Betätigungssystem einer Kupplung vorgesehen, mit zumindest einem integrierten Federelement, umfassend zumindest einen Stützkörper, wobei der Stützkörper zumindest teilweise in einer druckbeaufschlagbaren Ausnehmung eines Gehäuses in axialer Richtung hin- und herbewegbar ist und wobei der Stützkörper durch das Federelement elastisch nachgiebig an zumindest einer Andruckplatte abstützbar ist.

Aus der DE-AS 17 50 532 ist ein weiterer Kolben für ein Betätigungssystem einer Kupplung mit zumindest einem integrierten Federelement bekannt, der zumindest ein Stützkörper umfaßt, wobei der Stützkörper zumindest teilweise in einer druck beaufschlagbaren Ausnehmung eines Gehäuses in axialer Richtung hin- und herbewegbar ist und wobei der Stützkörper durch das Federelement elastisch nachgiebig an einem Ausrückhebel abstützbar ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß bei seiner Betätigung unerwünscht hohe Anschlaggeräusche sowie ruckartige Schaltvorgänge vermieden werden und eine einfache Montage gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Kolben mit zumindest einem integrierten Federele ment vorgesehen, umfassend zumindest einen Stützkörper, wobei der Stützkörper zumindest teilweise in einer druckbeaufschlagbaren Ausnehmung eines Gehäuses in axialer Richtung hin- und herbewegbar ist, wobei der Stützkörper durch das Federelement elastisch nachgiebig an zumindest einer Andruckplatte abstützbar ist und wobei die Andruckplatte einen Bestandteil des Kolbens bildet. Abhängig vom Druckgefälle innerhalb der Ausnehmung bewegt sich der Kolben in axialer Rich tung hin und her. Bei Druckbeaufschlagung der Ausnehmung ist der Kolben mit seiner Andruckplatte an ein schaltbares Maschinenelement, beispielsweise eine Lamellenkupplung eines Automatikgetriebes anlegbar, um die Lamellen kraft schlüssig miteinander in Eingriff zu bringen. Um bei Druckbeaufschlagung der Ausnehmung ein weiches und geräuscharmes Anlegen der Andruckplatte an das Maschinenelement zu ermöglichen, ist das Federelement vorgesehen, das die Andruckplatte und den Stützkörper elastisch nachgiebig miteinander verbindet. Die Härte des Federelements beträgt bevorzugt 50 bis 80 Shore A, wobei ein Kolben mit einem Federelement einer solchen Härte in den meisten Anwendungsfällen ausgezeichnete Gebrauchseigenschaften aufweist. Dadurch, daß die Andruck platte einen Bestandteils des Kolbens bildet, ist von Vorteil, daß die Andruckplatte, das Federelement und der Stützkörper eine vormontierbare Einheit bilden, was im Hinblick auf eine einfache Montage von hervorzuhebendem Vorteil ist. Die Andruckplatte ist auf der dem Stützkörper abgewandten Stirnseite des Kolbens angeordnet.

Der Stützkörper kann mit zumindest einer Dichtung verbunden sein, wobei die Dichtung an die die Ausnehmung begrenzende Wandung des Gehäuses dich tend anlegbar ist. Die Dichtung besteht dabei bevorzugt aus einem elastome ren Werkstoff und weist Dichtlippen auf, die sich mit zunehmender Druckbeauf schlagung der Ausnehmung verstärkt an die Wandung anlegen. Die Drücke innerhalb der Ausnehmung zur axialen Hin- und Herbewegung des Kolbens betragen in Abhängigkeit des jeweiligen Anwendungsfalles bis zu 50 bar.

Das Federelement besteht bevorzugt aus einem elastomeren Werkstoff. Im Vergleich zu Federelementen aus metallischen Werkstoffen, wie beispielsweise Schraubendruck- oder Tellerfedern haben Federelement aus elastomerem Werkstoff ein geringeres Gewicht, sind rostfrei und lassen sich, beispielsweise durch Vulkanisation, einfach mit der Andruckplatte und/oder dem Stützkörper verbinden. Durch das geringe Gewicht des Federelements hat auch der gesam te Kolben nur eine geringe Trägheitsmasse, was seine exakte Schaltbarkeit be günstigt. Das Federelement kann beispielsweise aus Gummi bestehen und ei ne progressive Federcharakteristik aufweisen.

Das Federelement und die Dichtung können einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sein. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist von Vorteil, daß das Federelement und die Dichtung in einem Arbeitsgang zeitgleich vulkanisierbar sind. Der erfindungsgemäße Kolben ist dadurch in fer tigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht einfach und kostengünstig herstellbar.

Das Federelement kann mit der Andruckplatte und/oder mit dem Stützkörper verbunden sein. Außerdem besteht die Möglichkeit, daß die Dichtung und der Stützkörper adhäsiv verbunden sind. Durch die Vulkanisation des Federele ments mit der Andruckplatte und/oder dem Stützkörper und der Dichtung mit dem Stützkörper ist von Vorteil, daß der Kolben einen einfachen und teilearmen Aufbau aufweist und dadurch seine Montage wesentlich vereinfacht ist. Mögli che Montagefehler sind auf ein Minimum begrenzt.

Demgegenüber besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß die Dichtung und der Stützkörper ungehaftet verbunden sind. In einem solchen Fall kann die seperat erzeugte Dichtung beispielsweise in eine Nut des Stützkörpers eingeschnappt sein. Die Dichtung kann dabei beispielsweise durch einen Nutring gebildet sein oder durch Mantelringe aus PTFE, die durch O-Ringe aus elastomerem Werk stoff an die die Ausnehmung begrenzende Wandung dichtend angepreßt sind.

Die Andruckplatte und der Stützkörper können zur Begrenzung von Extremaus lenkungen jeweils Anschlagflächen aufweisen, die aneinander anlegbar sind. Unerwünscht hohe mechanische Belastungen des Federelements werden durch eine derartige Ausgestaltung vermieden. Der Kolben weist daher gleich bleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer auf. Während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Kolbens sind sich die Anschlagflächen von Andruckplatte und Stützkörper mit Abstand benach bart zugeordnet. Der Abstand zwischen den Anschlagflächen beschreibt den maximalen Einfederweg des Federelements.

Die Andruckplatte und der Stützkörper können jeweils Führungsflächen aufwei sen, die aufeinander abgestützt sind. Durch die Führung von Andruckplatte und Stützkörper aufeinander wird ein Verkanten der beiden Bauteile auch dann vermieden, wenn auf den Kolben zusätzlich zu axialen Kräften Kräfte mit radia len Komponenten wirken. Die Andruckplatte und/oder der Stützkörper können dabei im Bereich ihrer Führungsflächen mit einer reibungsverringernden Ober flächenbeschichtung versehen sein oder beispielsweise jeweils vollständig aus einer Bronzelegierung bestehen.

Nach einer ersten Ausgestaltung kann die Andruckplatte beispielsweise kreis ringförmig ausgebildet sein. Nach einer zweiten Ausgestaltung kann der Stütz körper mit zumindest drei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Andruck platten versehen sein. Die einstückig ausgebildete, in sich geschlossene, kreis ringförmige Andruckplatte gelangt bevorzugt dann zur Anwendung, wenn das zu betätigende Maschinenelement ebenfalls eine ebene, kreisringförmige Ge genfläche aufweist. Demgegenüber gelangen mehrere gleichmäßig in Um fangsrichtung verteilte Andruckplatten zur Anwendung, wenn die Gegenfläche beispielsweise nicht in sich geschlossen und/oder uneben ist. Jede der An druckplatten ist dabei jeweils durch ein Federelement mit dem Stützkörper ver bunden.

Die zuvor beschriebenen Kolben gelangen bevorzugt als Getriebekolben in Automatikgetrieben zur Anwendung. Bei Überdruckbeaufschlagung der Aus nehmung verschiebt sich der Kolben in Richtung des relativ niedrigeren Drucks, bis die Andruckplatte das zu betätigende Lamellenpaket im Automatikgetriebe anliegend berührt. Das Andruckelement verpreßt die Lamellen des Lamellen pakets in axialer Richtung, wobei sich mit zunehmender Verpressung eine all mähliche Kraftübertragung ergibt. Durch das Federelement erfolgt die Berüh rung der Andruckplatte am Lamellenpaket gedämpft und nahezu geräuschfrei.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Der erfindungsgemäße Kolben wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 näher beschrieben. Diese zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäß Kolbens in schematischer Darstellung.

Ausführung der Erfindung

Zum besseren Verständnis ist in den Fig. 1 bis 4 zusätzlich zu den erfin dungsgemäßen Kolben jeweils ein Gehäuse 5 schematisch gezeigt. Die Dich tungen 7 sind jeweils im nicht eingebautem Zustand der Kolben dargestellt.

Die Kolben aus den Fig. 1 bis 4 bestehen jeweils im wesentlichen aus dem Federelement 1, der Andruckplatte 2, dem Stützkörper 3 und der Dichtung 7. Das Federelement 1 verbindet die Andruckplatte 2 mit dem Stützkörper 3 ela stisch nachgiebig, wobei sowohl die Andruckplatten 2 als auch die Stützkörper 3 in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen aus einem metallischen Werk stoff bestehen.

Die Gehäuse 5 sind jeweils mit einer druckbeaufschlagbaren Ausnehmung 4 versehen. Die Druckbeaufschlagung der Ausnehmungen 4 ist durch die Pfeile p symbolisiert.

Die Federelemente 1 aus den Fig. 1 bis 4 bestehen jeweils aus einem ela stomeren Werkstoff.

Um ein Verkanten der Andruckplatten 2 relativ zu den Stützkörpern 3 während der bestimmungsgemäßen Verwendung zu verhindern, sind die Andruckplatten 2 und die Stützkörper 3 jeweils mit Führungsflächen 11, 12 versehen, die bei axialen Relativbewegungen der Andruckplatten 2 zu den Stützkörpern 3 glei tend aufeinander abgestützt sind.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Andruckplatte 2 ist mit einer Anschlagfläche 9 versehen, die der Anschlagfläche 10 des Stützkörpers 3 mit axialem Abstand benachbart zugeordnet ist. Der durch den Anstand gebil dete Spalt 17 entspricht in seiner Weite dem maximalen Einfederweg 24, bevor sich die Anschlagflächen 9, 10 zur Begrenzung von Extremauslenkungen und zum Schutz des Federelements 1 vor mechanischer Überbeanspruchung an liegend berühren.

Bei Druckbeaufschlagung der Ausnehmung 4 innerhalb des Gehäuses 5 be wegt sich der Kolben in Richtung des Lamellenpakets 16. Zunächst wird das Lamellenpaket 16 von der Andruckplatte 2 mit einer vergleichsweise geringen Vorspannung berührt, wobei die Anschlagberührung sowie das -geräusch durch das elastisch nachgiebige Federelement 1 gedämpft werden. Nach dem die Andruckplatte 2 das Lamellenpaket 16 berührt hat, werden die einzelnen Lamellen in axialer Richtung solange gegeneinander verspannt, bis sie reib schlüssig miteinander in Eingriff sind und das Lamellenpaket 16 zur Kraftüber tragung genutzt werden kann. Sowohl das Federelement 1 als auch die Dich tung 7 sind materialeinheitlich ausgebildet und durch die im Stützkörper 3 gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Bohrungen 18 einstückig ineinander übergehend ausgebildet. Das Federelement 1 und die Andruckplatte 2 sind in diesem Ausführungsbeispiel miteinander verklebt.

Die Dichtung 7 berührt die Wandung 8 der kreisringförmigen Ausnehmung 4 unter elastischer Vorspannung dichtend, wobei mit zunehmendem Druck inner halb der Ausnehmung 4 die radiale Anpressung der Dichtlippen an die Wan dung 8 ebenfalls zunimmt.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Dichtung 7 im wesentlichen der Dichtung 7 aus Fig. 1 entspricht.

Das Federelement 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel sowohl mit der An druckplatte 2 als auch mit dem Stützkörper 3 vulkanisiert.

Radial innenseitig ist die Andruckplatte 2 mit einem sich in axialer Richtung er streckenden Flansch 19 versehen, der radial außenseitig eine Führungsfläche 11 aufweist, die eine Führungsfläche 12 des Stützkörpers 3 anliegend berührt. Die Andruckplatte 2 und der Flansch 19 sind in diesem Ausführungsbeispiel seperat erzeugt und vor der Vulkanisation des Federelements 1 miteinander verbunden. Ein Anschlag zur Begrenzung extremer Auslenkbewegungen ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen.

In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt, daß sich von den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen im wesentlichen dadurch unter schiedet, daß drei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Andruckplatten 13, 14, 15 vorgesehen sind, die jeweils durch ein Federelement 1 gegenüber dem Stützkörper 3 elastisch nachgiebig abgestützt sind. Die Federelemente 1 sind im Querschnitt betrachtet im wesentlichen tellerfederförmig ausgebildet und in einer in Richtung des Lamellenpaket 16 offenen, kreisförmigen Ausnehmung des Stützkörpers 3 angeordnet. Die Andruckplatten 13, 14, 15 haben einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt und sind im Stützkörper 3 geführt.

Im Gegensatz zu den Dichtungen 7 aus den zuvor beschriebenen Ausfüh rungsbeispielen, die aus elastomerem Werkstoff bestehen, sind die hier gezeig ten Dichtungen 7 jeweils zweistückig ausgebildet. Der Stützkörper 3 ist mit in Richtung der Wandung 8 offenen Nuten 20, 21 versehen, wobei innerhalb der Nuten 20, 21 jeweils eine Dichtung 7 angeordnet ist. Die Dichtungen 7 sind da bei zweistückig ausgebildet und bestehen jeweils aus einem am Nutgrund ab gestützten O-Ring 22 aus elastomerem Werkstoff und einem in Richtung der Wandung 8 angeordneten Mantelring 23 aus PTFE, der die Wandung 8 unter elastischer Vorspannung dichtend berührt.

Bei Druckbeaufschlagung der Ausnehmung 4 bewegt sich der Kolben in Rich tung des Lamellenpakets 16, wobei der Einfederweg des Federelements 1 mit 24 bezeichnet ist.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3. Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 unterschiedet sich durch die Ausgestaltung der Federelemente 1 und der Andruckplatten 13, 14, 15. Die Andruckplatten 13, 14, 15 sind jeweils durch ihre Führungsflächen 11 auf den Führungsflächen 12 des Stützkörpers 3 geführt und auf einem in Richtung des Lamellenpakets 16 glockenkurvenförmig vorgewölbten Federelement 1 abge stützt.

Claims

1. Kolben mit zumindest einem integrierten Federelement (1), umfassend zumindest einen Stützkörper (3), wobei der Stützkörper (3) zumindest teilweise in einer druckbeaufschlagbaren Ausnehmung (4) eines Gehäu ses (5) in axialer Richtung (6) hin- und herbewegbar ist, wobei der Stützkörper (3) durch das Federelement (1) elastisch nachgiebig an zu mindest einer Andruckplatte (2) abstützbar ist und wobei die Andruck platte (2) einen Bestandteil des Kolbens bildet.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruck platte (2) auf der dem Stützkörper (3) abgewandten Stirnseite des Kol bens angeordnet ist.

3. Kolben nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (3) mit zumindest einer Dichtung (7) verbunden ist und daß die Dichtung (7) an die die Ausnehmung (4) begrenzende Wandung (8) des Gehäuses (5) dichtend anlegbar ist.

4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (1) aus elastomerem Werkstoff besteht.

5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (1) und die Dichtung (7) einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind.

6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (1) mit der Andruckplatte (2) und/oder dem Stützkörper (3) adhäsiv verbunden ist.

7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (7) und der Stützkörper (3) adhäsiv verbunden sind.

8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (7) und der Stützkörper (3) ungehaftet verbunden sind.

9. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckplatte (2) und der Stützkörper (3) zur Begrenzung von Extremauslenkungen jeweils Anschlagflächen (9, 10) aufweisen, die an einander anlegbar sind.

10. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckplatte (2) und der Stützkörper (3) jeweils Führungsflä chen (11, 12) aufweisen, die aufeinander abgestützt sind.

11. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckplatte (2) kreisringförmig ausgebildet ist.

12. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (3) mit zumindest drei gleichmäßig in Umfangsrich tung verteilten Andruckplatten (13, 14, 15) verbunden ist.

13. Verwendung eines Kolbens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Getriebekolben in einem Automatikgetriebe.