Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft hydraulische Druckzylinder und
genauer einen hydraulischen Nehmerzylinder, der besonders für die
Verwendung in einem Kupplungsausrücksystem eines
Kraftfahrzeugs geeignet ist.
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Ein hydraulisches Kupplungsausrücksystem besteht
typischerweise aus einer Kupplung, einem Ausrücklager, einem
Ausrückhebel, einem Nehmerzylinder und einem Geberzylinder, der
mit einem Kupplungspedal betätigt wird. Es ist
wünschenswert, daß ein freies Spiel zwischen dem
Kupplungsausrücklager, dem Ausrückhebel und dem Nehmerzylinder ausgeschaltet
wird, um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen. Dies wird
normalerweise durch Vorsehen einer Vorspannfeder in dem
Nehmerzylinder erreicht.
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Ein typischer Nehmerzylinder besteht aus einem Körper, der
eine zylindrische Bohrung bildet, der ein geschlossenes
vorderes Ende und ein offenes hinteres Ende hat; einem
Kolben, der verschiebbar in der Bohrung angeordnet ist;
einer Stößelstange, die ein vorderes Ende hat, das dem
Kolben zugeordnet ist und aus dem offenen hinteren Ende der
Bohrung herausragt; und einer Vorspannfeder. Die
Vorspannfeder ist normalerweise zwischen dem geschlossenen vorderen
Ende der Bohrung und dem Kolben eingebaut. Die Feder
belastet dadurch den Kolben, der die Stößelstange und dann den
Ausrückhebel, das Lager und die Kupplung vorbelastet.
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Die Vorspannfeder bewirkt, daß der Kolben und die
Stößelstange ausfahren, wenn der Nehmerzylinder nicht am Fahrzeug
montiert ist. Während der Montage des Fahrzeugs ist es
notwendig, die Stößelstange und den Kolben niederzudrücken,
bevor der Nehmerzylinder an dem Kupplungsgehäuse befestigt
wird. Dieser Vorgang ist schwierig, weil bei dem gewöhnlich
verwendeten vorgefüllten hydraulischen System Fluid von dem
Nehmerzylinder zu dem Geberzylinder und schließlich zu dem
Vorratsbehälter verdrängt werden muß. Im Bemühen,
Montagezeit einzusparen, ist es normale Praxis, ein zerreißbares
Transportband an dem Nehmerzylinder anzubringen, um die
Stößelstange in einer guten Stellung für die Montage zu
halten. Das Transportband erzeugt jedoch erhebliche
Zusatzkosten für das System, da das Band hergestellt, auf den
vorgefüllten Nehmerzylinder aufgebracht und dann durch
Niederdrücken des Kupplungspedals nach dem Befestigen des
Nehmerzylinders an dem Kupplungsgehäuse zerrissen werden
muß.
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Der typische Nehmerzylinder enthält ferner eine Dichtung,
die an dem Kolben angeordnet ist und dichtend an der
zylindrischen Bohrung angreift, um ein Lecken von
Hydraulikflüssigkeit oder Luft an dem Kolben vorbei auszuschließen. Die
Dichtung besteht typischerweise aus einem kreisförmigen
Ring, der eine äußere Lippe hat, die die Bohrung berührt,
und einen inneren Durchmesser hat, der den Kolben berührt.
Es wurde festgestellt, daß ein Flüssigkeitslecken oder eine
Luftaufnahme zwischen dem Kolben und dem inneren
Dichtungsdurchmesser auftreten kann, besonders wenn man zuläßt, daß
sich die Dichtung unter der auf den Kolbenwirkenden Last
axial verschiebt. Normalerweise ist eine Schulter an dem
Kolben vorgesehen, um diese axiale Verschiebebewegung zu
begrenzen, aber es ist nicht möglich, für alle Kombinationen
von Toleranzen eine Axialbewegung gleich Null zu erreichen.
Ein Leckweg wird somit zwischen dem Kolben und dem inneren
Durchmesser der Dichtung geschaffen, der ein Lecken von
Flüssigkeit an der Dichtung vorbei oder eine Luftaufnahme in
die Fluidkammer mit der daraus sich ergebenden Abnahme der
Zuverlässigkeit des Zylinders gestattet.
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Die FR-A-2680555 zeigt einen Nehmerzylinder mit einer
solchen Dichtungsanordnung, aber mit einer Vorspannfeder, die
außerhalb der Bohrung zwischen der Stößelstange und dem
Gehäuse wirkt. Die GB-A-1559571 zeigt eine Kolben- und
Zylinderanordnung für einen pneumatischen Betrieb, bei der
der Kolben ein im großen und ganzen napfförmiges
Packungsteil trägt, das den Kopf des Kolbens bedeckt und einen
Lippenabschnitt um den äußeren Rand herum für einen
Dichtungskontakt mit einer zugehörigen Bohrung hat.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen
verbesserten Betätigungszylinder bereitzustellen, der besonders
für eine Verwendung in einem Kupplungsausrücksystem eines
Kraftfahrzeugs geeignet ist.
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Demzufolge wird somit eine Druckzylinder-Baugruppe zum
Betätigen einer Kupplung bereitgestellt, mit einem
Gehäuseteil, das eine zylindrische Bohrung bildet, die ein
geschlossenes vorderes Ende und ein offenes hinteres Ende
hat; einem Kolben, der in der Bohrung verschiebbar
aufgenommen ist und ein vorderes Ende mit einer Vorderfläche hat,
die auf das geschlossene Ende der Bohrung weist; einer
Dichtung aus einem elastomeren Material, die den Kolben in
der Bohrung abdichtet; einer Stößelstange, die von dem
Kolben getrennt ist und ein rückwärtiges Ende hat, das aus
dem offenen hinteren Ende der Bohrung zwecks Betätigung
eines zugehörigen Kupplungsbetätigungshebels herausragt und
ein vorderes Ende zwecks Stoßkontakt mit dem Kolben hat, das
aber frei ist, sich axial relativ dazu zu bewegen, und einer
Schraubenfeder, die zwischen dem Gehäuseteil und der
Stößelstange wirkt, um die Stößelstange aus der Bohrung heraus
vorzuspannen, wobei die Baugruppe dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Dichtung einen Bodenteil, der an dem vorderen
Ende des Kolbens unter Abdeckung der Kolbenvorderfläche
angeordnet ist, und einen Randlippenteil enthält, der an der
zylindrischen Bohrung dichtend angreift, und eine Kappe an
dem vorderen Ende der Stößelstange zwischen dem Kolben und
der Stößelstange vorgesehen ist.
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Diese Anordnung erlaubt es, daß die Feder in einen
Vorspannzustand einfach durch Niederdrücken der Stößelstange ohne
Verdrängung von Flüssigkeit aus der Zylinderbohrung bewegt
werden kann und dadurch die Notwendigkeit für ein Transport-
oder Halteband, um die Baugruppe in dem Vorspannzustand für
den Transport und den Einbau zu halten, vermieden wird. Die
äußere Federanordnung entfernt die Feder auch von der
Hydraulikflüssigkeit und schaltet dadurch die Gefahr aus,
daß Metallteilchen oder Verfahrensöle die
Hydraulikflüssigkeit verunreinigen. Die äußere Federanordnung schaltet auch
das Problem des Leckens aus, das durch eine Beschädigung der
Hydraulikbohrung infolge eines Reibens der Feder an der
Bohrung während der Betätigung verursacht wird.
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Auch wird durch die Verwendung einer Dichtung, die die
vordere Stirnfläche des Kolbens und einen
Randlippenabschnitt bedeckt, der an der Bohrung angreift, der Leckweg
zwischen dem Kolben und dem inneren Rand der Dichtung
ausgeschaltet, um dadurch die Zuverlässigkeit der
Zylinderbaugruppe zu erhöhen, und sie gestattet ferner eine größere
Toleranz bei der Herstellung der Dichtung, da
Ungenauigkeiten, Senken und Trennlinien in der Dichtung nicht dazu
führen, daß ein Leckweg zwischen dem Kolben und der Dichtung
hergestellt wird.
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Ferner erleichtert die Anordnung der Vorspannfeder außerhalb
der Bohrung die Verwendung der oben genannten Napfdichtung
mit voller Grundfläche, die das vordere Ende des Kolbens
vollständig bedeckt, da die Napfdichtung keinen Ankerpunkt
für ein Ende der Feder bereitstellen muß, wie es der Fall
wäre, wenn die Feder auf typische Art und Weise innerhalb
der Bohrung des Zylinders zwischen dem Kolben und dem
geschlossenen Ende der Bohrung angeordnet wäre.
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Das hintere Ende der Stößelstange kann auch mit einer Kappe
versehen sein, die den Kupplungsbetätigungshebel von der
Stößelstange trennt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines
Kupplungsausrücksystems für ein Kraftfahrzeug,
bei dem ein Nehmerzylinder gemäß der
Erfindung verwendet wird;
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Fig. 2 zeigt eine auseinandergezogene Teilansicht
eines Kolbens und einer Dichtung, die bei dem
Nehmerzylinder der Fig. 1 verwendet werden;
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Fig. 3 und 4 zeigen perspektivische Ansichten der
Dichtung;
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Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer
Feder, die bei dem Nehmerzylinder verwendet
wird; und
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Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht an der Linie 6-6
von Fig. 1.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Die Nehmerzylinderbaugruppe 10 der Erfindung ist in Fig. 1
als ein Teil eines hydraulischen Kupplungsausrücksystems für
ein Kraftfahrzeug zu sehen, wobei das System ein
Kupplungspedal 12, einen Geberzylinder 14, eine Leitung 16, die den
Auslaß des Geberzylinders mit dem Einlaß des Nehmerzylinders
verbindet, einen Kupplungsausrückhebel 18, der von dem
Nehmerzylinder betätigt wird, ein Kupplungsausrücklager 20
und die Federfinger 22 der Tellerfeder der Kupplung enthält.
Es versteht sich, daß durch das Niederdrücken des
Kupplungspedals 12 unter Druck gesetzte Hydraulikflüssigkeit aus dem
Geberzylinder 14 verdrängt wird, die von einer Leitung 16 zu
dem Nehmerzylinder 10 geleitet wird, der ausfährt, um den
Ausrückhebel 18 zu drehen und das Ausrücklager 20 gegen die
Vorspannung der Federfinger 22 in eine Richtung zu bewegen,
in der die Kupplung ausgerückt wird. Wie ersichtlich, ist
die Nehmerzylinderbaugruppe 10 an einem Flansch 24
angebracht, der von dem Glockengehäuse 26 der Kupplung aus nach
oben ragt, und wie ersichtlich, ist der Geberzylinder 14 an
der Schottwand 28 des Kraftfahrzeugs montiert.
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Die Nehmerzylinderbaugruppe 10 enthält ein
Zylindergehäuseteil 30, einen Kolben 32, eine Dichtung 34, eine
Stößelstangenbaugruppe 36, eine Feder 38 und eine Manschette 40.
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Das Gehäuseteil 30 bildet eine zylindrische Bohrung 30a, die
ein geschlossenes vorderes Ende 30b, durch welches
Druckflüssigkeit von dem Geberzylinder über eine Öffnung 30c
geliefert wird, und ein offenes hinteres Ende 30d hat. Das
Gehäuse 30 bildet ferner einen ringförmigen Sitz 30e in der
Nähe des hinteren Endes des Gehäuseteiles und in einer
Umringung der Bohrung 30a. Das Gehäuse 30 enthält ferner
einen Flansch 30e, um das Anbringen des Nehmerzylinders z. B.
am Flansch 24 zu erleichtern. Das Gehäuseteil 30 kann aus
einem geeigneten starren Material wie z. B. einem geeigneten
Kunststoff gebildet werden.
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Der Kolben 32 ist verschiebbar in der Bohrung 30a
aufgenommen und hat einen allgemeinen Durchmesser, der dem
Durchmesser der Bohrung 30a entspricht. Der Kolben 32 enthält
einen zylindrischen Hauptkörperabschnitt 32a, einen
konischen hohlen Endabschnitt 32b und einen Nasenabschnitt 32c,
der von dem Hauptkörperabschnitt 32a aus zentral nach vorne
ragt.
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Der Nasenabschnitt 32c enthält eine vordere Stirnfläche 32d,
eine ringförmige Seitenwand 32e und einen im Durchmesser
verringerten Halsabschnitt 32f. Der Hauptkörperabschnitt 32a
bildet eine ringförmige Oberfläche 32g, die den Nasenabschnitt
32c umringt. Die ringförmige Oberfläche 32g und
die vordere Stirnfläche 32d des Nasenabschnittes wirken
zusammen, um eine vordere Stirnfläche des Kolbens zu bilden,
die auf das geschlossene Ende der Bohrung 30a weist. Der
Kolben 32 kann aus einem geeigneten starren Material, wie
z. B. einem Kunststoff gebildet sein.
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Die Dichtung 34 ist aus einem elastomeren Material gebildet,
hat eine sich nach hinten öffnende Napfform und ist so
bemessen, daß sie auf den Nasenabschnitt 32c des Kolbens
paßt. Die Dichtung 34 enthält einen Grundflächenabschnitt
34a, einen ringförmigen Seitenwandabschnitt 34b und einen
Randabschnitt 34c. Der Grundflächenabschnitt 34a wirkt mit
dem Seitenwandabschnitt 34b zusammen, um eine Bohrung 34d zu
bilden. Der Randabschnitt 34c bildet eine Fersendichtung 34e
und eine Lippendichtung 34f. Der Randabschnitt 34c bildet
ferner eine nach hinten weisende ringförmige Oberfläche 34g
und eine Gegenbohrung 34h, die einen ringförmigen, radial
nach innen ragenden Rückenabschnitt 34i bildet.
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Die Dichtung 34 ist lösbar an der vorderen Stirnfläche des
Kolbens angeordnet, wobei der ringförmige
Seitenwandabschnitt 34b um den ringförmigen Seitenwandabschnitt 32e
des Kolbennasenabschnittes herum angeordnet ist, der
Grundflächenabschnitt 34a an der vorderen Stirnfläche 32d des
Kolbennasenabschnittes angeordnet ist, der Rückenabschnitt
34i in dem Halsabschnitt 32f des Kolbennasenabschnittes
angeordnet ist, und die ringförmige hintere Stirnfläche 34g
an der ringförmigen vorderen Stirnfläche 32g, die an dem
vorderen Ende des Kolbens gebildet ist, angeordnet ist.
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Wenn die Kolben- und Dichtungsunterbaugruppe in die Bohrung
30a eingebaut ist, greifen die zylindrische Außenfläche 32h
des Kolbenendabschnittes 32b und der äußere Rand 32i des
Kolbenhauptkörperabschnittes verschiebbar an der Bohrung an,
und die Fersendichtung 34e und die Lippendichtung 34f der
Dichtung 34 greifen an der Bohrung verschiebbar an, um ein
Lecken von Hydraulikflüssigkeit nach hinten an dem Kolben
vorbei oder eine Aufnahme von Luft nach vorne an dem Kolben
vorbei in die Hydraulikflüssigkeit auszuschließen.
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Die Stößelstangenbaugruppe 36 enthält eine Stößelstange 42,
eine, vordere Endkappe 44 und eine hintere Endkappe 46. Die
vordere Endkappe 44 ist an dem vorderen Ende 42a der
Stößelstange angeordnet und bildet eine bogenförmige vordere
Oberfläche 44a, die dafür ausgebildet ist, an einer
zentralen bogenförmigen Oberfläche 32j zu sitzen, die in dem
Hohlraum des Endabschnittes des Kolbens gebildet ist. Die
hintere Endkappe 46 ist über das hintere Ende 42b der
Stößelstange gestülpt und bildet eine ringförmige Oberfläche
46a, die in eine bogenförmige Oberfläche 18a eingepaßt ist,
die an dem oberen Ende des Kupplungsausrückhebels 18
gebildet ist.
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Die Feder 38 ist eine konische Schraubenfeder und enthält
ein kleines hinteres Ende 38a, das auf einem ringförmigen
Sitz 46c sitzt, der an dem vorderen Ende der Kappe 46
gebildet ist, und ein großes vorderes Ende 38b, das in dem Sitz
30e des Gehäu es 30 angeordnet ist, wobei es das hintere
Ende der Bohrung 30a umringt.
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Die Manschette 40 hat eine Faltenbalgform und ist aus einem
geeigneten elastomeren Material gebildet. Die Manschette 40
enthält einen vorderen ringförmigen Wulst 40a, der in einer
Rille 40f angeordnet ist, die in der äußeren Oberfläche des
Gehäuses 30 in der Nähe des hinteren Endes des Gehäuses
vorgesehen ist, und enthält ferner einen hinteren Wulst 40b,
der in einer ringförmigen äußeren Rille 46d angeordnet ist,
die von der hinteren Kappe 46 gebildet wird. Im
zusammengebauten Zustand ist ersichtlich, daß die Schraubenfeder 38
um die Stößelstange 36 herum angeordnet ist, und die
Manschette 40 um die Schraubenfeder 38 herum angeordnet ist.
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Es ist zu sehen, daß der erfinderische Nehmerzylinder die
Notwendigkeit für ein Transportband vermeidet, während er
noch eine Vorspannfeder in dem Nehmerzylinder zurückhält, um
ein freies Spiel zwischen dem Kupplungsausrücklager, dem
Ausrückhebel und dem Nehmerzylinder auszuschalten. Wenn der
erfinderische Nehmerzylinder in vorgefüllter Form
bereitgestellt wird, wird die Stößelstange durch die Feder
ausgefahren, aber der Kolben befindet sich in einer guten
Stellung für einen leichten Zusammenbau. Wenn der
Nehmerzylinder in das Kupplungsausrücksystem eingebaut ist, ist es
notwendig, die Stößelstange vorwärts zu bewegen und die
Feder zusammenzudrücken, um der hinteren Endkappe 46 zu
gestatten, sich in der Tasche 18a des Kupplungsausrückhebels
anzuordnen. Dieser Vorgang erfordert jedoch nicht die
Verdrängung von Hydraulikflüssigkeit zurück durch die Leitung
16 und durch den Geberzylinder 14 zu dem Vorratsbehälter.
Vielmehr befindet sich der Kolben 32 in einer guten Stellung
für einen leichten Zusammenbau und ist besonders in der
Bohrung 38 mit Abstand nach vorne in Bezug auf das vordere
Ende der Stößelstange angeordnet, so daß die
Vorwärtsbewegung der Stößelstange zum Zusammendrücken der Feder 38 und
das Kürzen des Nehmerzylinders zum Montieren an dem
Kupplungsausrückhebel keine Verdrängung von Flüssigkeit aus dem
Nehmerzylinder heraus erfordert. Vielmehr hält der Kolben
seine Stellung in der Bohrung 38 während dieser
Vorwärtsbewegung der Stößelstange und des Zusammendrückens der Feder
38 aufgrund der Dichtungsreibung an der Bohrung 38. Nachdem
der Nehmerzylinder auf die beschriebene Art und Weise
eingebaut wurde, sind ein paar. Betätigungen des Kupplungspedals
12 alles, was notwendig ist, um den Nehmerkolben in Kontakt
mit dem vorderen Ende der Stößelstange zu bringen und einen
normalen Betrieb der Kupplungsausrückbaugruppe
sicherzustellen.
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Die Stellung der Stößelstange in Fig. 1 ist eine
ausgefahrene Stellung, in welcher die Kupplung 12 niedergedrückt
wurde, um Hydraulikflüssigkeit aus dem Geberzylinder zu dem
Nehmerzylinder zu bewegen, um den Kolben und die Stößelstange
nach hinten auszufahren und den Kupplungsausrückhebel
18 in eine Kupplungsausrückrichtung zu drehen. Wenn die
Stößelstange nach hinten ausfährt, kann sich die Feder 38,
die zusammengedrückt wurde, um den Einbau des
Nehmerzylinders in das Kupplungsausrücksystem zu ermöglichen, ausdehnen
und entspannen, sie wird aber in einen zusammengedrückten
Vorspannzustand bewegt, wenn das Kupplungspedal freigegeben
wird, um die Kupplung wieder einzurücken, so daß, wenn die
Kupplung wieder eingerückt ist, die Feder wieder als eine
Vorspannfeder wirkt, um Spiel in dem Kupplungsausrücksystem
auszuschalten.
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Während des Betriebs des Nehmerzylinders, um das Einrücken
und Ausrücken der Kupplung zu erzielen, arbeitet die
Dichtung 34 so, daß ein Lecken von Hydraulikflüssigkeit nach
hinten an der Dichtung vorbei oder ein Lecken von Luft nach
vorne an der Dichtung vorbei ausgeschlossen wird. Dieser
Ausschluß des Leckens wird dadurch erreicht, daß eine
Napfdichtung mit einer vollen Grundfläche bereitgestellt wird,
um den inneren Leckweg zwischen dem Innendurchmesser der
Dichtung und dem Kolben auszuschalten. Ferner ist es aus
Kostengründen wünschenswert, den Kolben in Kunststoff zu
gießen, wie Nylon 6/6 mit einer Faserverstärkung. Aufgrund
der Natur des Gießvorganges können jedoch kleine
Ungenauigkeiten, Senkenmarkierungen oder Gießformtrennlinien in dem
Dichtungsdurchmesser des Kolbens auftreten, die zusammen mit
der gewöhnlichen kreisringförmigen Ringdichtung ein Lecken
oder einen. Lufteintritt zwischen dem Kolben und der Dichtung
verursachen können. Bei der vollen Napfdichtung stören
jedoch solche Ungenauigkeiten, Senkenmarkierungen oder
Gießformtrennlinien nicht die Wirksamkeit der Dichtung,
wodurch das billige Kunststoffgießverfahren verwendet werden
kann, um den Kolben zu bilden, ohne die Leistung der
Dichtung zu mindern.
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Wenn auch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt und im Detail beschrieben wurde, ist es ersichtlich,
daß die verschiedenen Änderungen in der offenbarten
Ausführungsform, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er durch
die anhängenden Ansprüche definiert ist, abzuweichen.