DE102004055027A1

DE102004055027A1 - Stellglied und Verfahren zur Herstellung eines Stellgliedes

Info

Publication number: DE102004055027A1
Application number: DE200410055027
Authority: DE
Inventors: Markus Deeg; Friedbert Röther; Joachim Delfs
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2024-11-16
Also published as: DE102004055027B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stellglied (10), insbesondere für die Verwendung in einem Kraftfahrzeuggetriebe, mit einem in einem Zylinder (12) geführten, mit Druck beaufschlagbaren Kolben (14), der in kraftschlüssiger Verbindung mit einer Kolbenstange (16) steht. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kolben (14) aus einem Kunststoff besteht und auf die Kolbenstange (16) ausgespritzt ist. DOLLAR A Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stellgliedes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stellglied, insbesondere für die Verwendung in einem Kraftfahrzeuggetriebe, mit einem in einem Zylinder geführten, mit Druck beaufschlagbaren Kolben der in kraftschlüssiger Verbindung mit einer Kolbenstange steht.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stellgliedes, insbesondere eines für die Verwendung in einem Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehenen Stellgliedes, mit den folgenden Schritten:

– Vorsehen einer Kolbenstange und
– kraftschlüssiges Befestigen eines Kolbens an der Kolbenstange wobei der Kolben dazu vorgesehen ist, in einem Zylinder geführt und mit Druck beaufschlagt zu werden.

Die gattungsgemäßen Stellglieder finden überall dort Verwendung, wo eine über einen Druck erzeugte Kraft auf eine Kolbenstange übertragen werden soll, beispielsweise um eine translatorische Bewegung der Kolbenstange in Richtung der Kolbenstangenlängsachse hervorzurufen. Der Druck kann durch dem Fachmann gut bekannte Einrichtungen pneumatisch und/oder hydraulisch erzeugt werden. Ein typisches Anwendungsbeispiel für die gattungsgemäßen Stellglieder ist die Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung, die hier als Bestandteil eines Kraftfahrzeuggetriebes betrachtet wird.
Im Zusammenhang mit den gattungsgemäßen Stellgliedern beziehungsweise den gattungsgemäßen Herstellungsverfahren sind prinzipiell die drei folgenden Varianten bekannt:

– der Kolben und die Kolbenstange sind aus einem Stück gefertigt;
– der Kolben und die Kolbenstange sind über lösbare Verbindungselemente, wie Schrauben, Querspannstifte und so weiter, zusammengefügt; oder
– der Kolben und die Kolbenstange sind über nicht lösbare Fertigungsverfahren, wie Schweißen, Bördeln und so weiter, gefügt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die gattungsgemäßen Stellglieder und die gattungsgemäßen Herstellungsverfahren derart weiterzubilden, dass die Herstellungskosten im Vergleich zum Stand der Technik gesenkt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Stellglied baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Kolben aus einem Kunststoff besteht und auf die Kolbenstange aufgespritzt ist. Insbesondere durch den Einsatz von kostengünstigen Spritzgussverfahren lassen sich die Herstellungskosten im Vergleich zum Stand der Technik deutlich senken. Hierzu trägt auch bei, dass die Ausbildung des Kolbens und dessen Befestigung an der Kolbenstange erfindungsgemäß in einem Schritt durchgeführt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Kunststoffkolben ein geringeres Gewicht als die üblicherweise eingesetzten Metallkolben aufweisen, weshalb bei dem erfindungsgemäßen Stellglied geringere Trägheitskräfte auftreten.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stellgliedes ist vorgesehen, dass die Kolbenstange aus einem Metall besteht. Dabei kann die Kolbenstange sowohl massiv als auch ganz oder teilweise hohl ausgebildet sein.

Weiterhin wird bevorzugt, dass der Kolben aus einem Polyamid besteht, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Polyamid. Insbesondere glasfaserverstärktes Polyamid ist zum Aufspritzen gut geeignet und weist im ausgehärteten Zustand die für den Kolben erforderlichen Materialeigenschaften auf. Beispielsweise ist dieses Material dazu geeignet, bei Umgebungstemperaturen von mehr als 100 °C verwendet zu werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Stellgliedes ist vorgesehen, dass der Kolben und die Kolbenstange durch einen Verdrehschutz gegen eine gegenseitige Verdrehung in Richtung um die Kolbenstangenlängsachse herum geschützt sind. In diesem Zusammenhang kann es weiterhin vorteilhaft sein, den Kolben so in dem Zylinder zu führen, dass eine Verdrehung des Kolbens in dem Zylinder ausgeschlossen ist.

Im vorstehenden erläuterten Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Verdrehschutz durch eine oder mehrere in der Kolbenstange vorgesehene, zumindest teilweise mit Kolbenmaterial gefüllte Bohrungen gebildet wird.

Eine ebenfalls bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Stellgliedes sieht vor, dass der Kolben und die Kolbenstange durch einen Verschiebschutz gegen eine Relativbewegung in Richtung der Kolbenstangenlängsachse geschützt sind. Durch einen derartigen Verschiebschutz wird insbesondere ausgeschlossen, dass sich der Kolben von der Kolbenstange löst.

In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Verschiebschutz durch zumindest eine im Umfangsbereich der Kolbenstange vorgesehene, mit Kolbenmaterial gefüllte Nut gebildet ist. Im Falle einer runden Kolbenstange kann sich die Nut beispielsweise kreisförmig über den Außenumfang der Kolbenstange erstrecken. Grundsätzlich werden Nutanordnungen bevorzugt, die sich beim Aufspritzen des Kolbens einfach und vollständig mit Kunststoff füllen, so dass sich ein form- und kraftschlüssiger Verbund von Kolben und Kolbenstange ergibt.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass der Kolben in seinem Außenumfangsbereich zumindest eine Halterung für zumindest ein Dichtmittel aufweist. Als Dichtmittel kommen beispielweise O-Ringe oder Nutringe in Betracht, die eine Führung des Kolbens in dem Zylinder unter einer hinreichenden Abdichtung ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Kolben aus einem Kunststoff gebildet und auf die Kolbenstange aufgespritzt wird. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stellglied erläuterten Eigenschaften und Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stellglied verwiesen wird.

Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei auch diesbezüglich auf die entsprechenden Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stellglied verwiesen wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Kolben aus einem Kunststoff gebildet und auf die Kolbenstange aufgespritzt wird.

Weiterhin wird bevorzugt, dass der Kolben aus einem Polyamid hergestellt wird, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Polyamid.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass beim Aufspritzen des Kolbens auf die Kolbenstange ein Verdrehschutz geschaffen wird, um den Kolben und die Kolbenstange gegen eine gegenseitige Verdrehung in Richtung um die Kolbenstangenlängsachse herum zu schützen.

In diesem Zusammenhang wird es als vorteilhaft erachtet, dass der Verdrehschutz durch zumindest eine in der Kolbenstange vorgesehene, mit Kolbenmaterial gefüllte Bohrung gebildet wird.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass beim Aufspritzen des Kolbens auf die Kolbenstange ein Verschiebschutz geschaffen wird, um den Kolben und die Kolbenstange gegen eine Relativbewegung in Richtung der Kolbenstangenlängsachse zu schützen.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der Verschiebschutz durch zumindest eine im Umfangsbereich der Kolbenstange vorgesehene, mit Kolbenmaterial gefüllte Nut gebildet wird.

Auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt, dass der Kolben in seinem Außenumfangsbereich mit zumindest einer Halterung für zumindest ein Dichtmittel ausgestattet wird.

Das erfindungsgemäße Stellglied lässt sich in besonders vorteilhafter Weise zur Betätigung von Kraftfahrzeuggetriebekomponenten einsetzen, wo bisher aufgrund der kritischen Umgebungsbedingungen üblicherweise Metallkolben verwendet wurden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnung beispielhaft näher erläutert.

Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellgliedes.

Das in 1 dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete Stellglied weist einen nur abschnittsweise dargestellten kreisrunden Zylinder 12 auf, in dem ein an einer Kolbenstange 16 angeformter Kolben 14 geführt ist. Bezogen auf die Darstellung von 1 weist der Zylinder 12 an seinem linken Endabschnitt einen Flansch 34 auf, an dem eine beispielsweise pneumatische Druckmittelquelle ange schlossen werden kann. Wenn in dem links vom Kolben 14 gelegenen Zylinderraum 32 ein Druck aufgebaut wird, bewegt sich der Kolben 14 und die Kolbenstange 16 nach rechts, um mit Hilfe des nicht dargestellten rechten Endabschnitts der Kolbenstange 16 einen Stellvorgang durchzuführen. Es sind ebenfalls Ausführungsformen denkbar, bei denen keine oder nur eine geringe Bewegung des Kolbens 14 beziehungsweise der Kolbenstange 16 erwünscht ist, sondern es primär auf die Übertragung einer Kraft ankommt, die von der wirksamen Kolbenoberfläche und dem Druck im Raum 32 abhängt. Gegebenenfalls kann auch der rechts vom Kolben 14 gelegene Zylinderinnenraum 38 mit einem Druck beaufschlagt werden, um eine Bewegung beziehungsweise Kraftübertragung nach links zu bewirken. Um den Kolben 14 gegenüber dem Zylinder 12 abzudichten, ist ein Dichtmittel 30 in Form eines O-Rings vorgesehen, der in einer von dem Kolben 14 gebildeten nutförmigen Halterung 28 gehaltert ist. Symmetrisch zur Kolbenstangenlängsachse 22 angeordnete Aussparungen 36 dienen dazu, die Masse der Anordnung auf das erforderliche Maß zu beschränken. Ein Verdrehschutz 18, 20 ist durch eine senkrecht zur Kolbenstangenlängsachse 22 vorgesehene Bohrung 20 gebildet, die mit Kolbenmaterial 18 gefüllt ist. Weiterhin ist ein Verschiebschutz 24, 26 vorgesehen, der durch mehrere im Umfangsbereich der Kolbenstange 16 vorgesehene mit Kolbenmaterial 24 gefüllte Nuten 26 verwirklicht ist.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann wie folgt durchgeführt werden, um zu dem Stellglied 10 gemäß 1 zu führen:
Zunächst wird eine Kolbenstange 16 vorgesehen, die eine sich senkrecht zur Kolbenstangenlängsachse 22 erstreckende Bohrung 20 und eine Mehrzahl von in ihrem Umfangsbereich vorgesehenen Nuten 26 aufweist. Anschließend wird der Kolben 14 mittels irgendeines dem Fachmann gut bekannten Spritzgussverfahrens auf die Kolbenstange 16 aufgespritzt. Der Kolben 14 wird dabei in einem Schritt gebildet und sowohl form- als auch kraftschlüssig an der Kolbenstange 16 befestigt. Zur Ausbildung der nutförmigen Halterung 28 und der weiteren Konturen des Kolbens 14 ist das zum Aufspritzen verwendete Formwerkzeug in geeigneter, an sich bekannter Weise auszulegen. Um einen wirksamen Verdrehschutz 18, 20 und einen wirksamen Verschiebschutz 24, 26 zu schaffen, wird bevorzugt, dass sowohl die Bohrung 20 als auch die Nuten 26 beim Spritzvorgang möglichst vollständig mit Kunststoffmaterial, insbesondere glasfaserverstärktem Polyamid gefüllt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

10: Stellglied
12: Zylinder
14: Kolben
16: Kolbenstange
18: Verdrehschutz/Kolbenmaterial
20: Verdrehschutz/Bohrung
22: Kolbenstangenlängsachse
24: Verschiebschutz/Kolbenmaterial
26: Verschiebschutz/Nut
28: Halterung
30: Dichtmittel
32: Linker Raum
34: Flansch
36: Ausnehmung
38: Rechter Raum

Claims

Stellglied (10), insbesondere für die Verwendung in einem Kraftfahrzeuggetriebe, mit einem in einem Zylinder (12) geführten, mit Druck beaufschlagbaren Kolben (14) der in kraftschlüssiger Verbindung mit einer Kolbenstange (16) steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) aus einem Kunststoff besteht und auf die Kolbenstange (16) aufgespritzt ist.
Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (16) aus einem Metall besteht.
Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) aus einem Polyamid besteht, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Polyamid.
Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) und die Kolbenstange (16) durch einen Verdrehschutz (18, 20) gegen eine gegenseitige Verdrehung in Richtung um die Kolbenstangenlängsachse (22) herum geschützt sind.
Stellglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrehschutz (18, 20) durch zumindest eine in der Kolbenstange vorgesehene, mit Kolbenmaterial (18) gefüllte Bohrung (20) gebildet ist.
Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) und die Kolbenstange (16) durch einen Verschiebschutz (24, 26) gegen eine Relativbewegung in Richtung der Kolbenstangenlängsachse (22) geschützt sind.
Stellglied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebschutz (24, 26) durch zumindest eine im Umfangsbereich der Kolbenstange (16) vorgesehene, mit Kolbenmaterial (24) gefüllte Nut (26) gebildet ist.
Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) in seinem Außenumfangsbereich zumindest eine Halterung (28) für zumindest ein Dichtmittel (30) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Stellgliedes, insbesondere eines für die Verwendung in einem Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehenen Stellgliedes, mit den folgenden Schritten: – Vorsehen einer Kolbenstange (16) und – kraftschlüssiges Befestigen eines Kolbens (14) an der Kolbenstange (16), wobei der Kolben (14) dazu vorgesehen ist, in einem Zylinder (12) geführt und mit Druck beaufschlagt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) aus einem Kunststoff gebildet und auf die Kolbenstange (16) aufgespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) aus einem Kunststoff gebildet und auf die Kolbenstange (16) aufgespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) aus einem Polyamid hergestellt wird, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Polyamid.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufspritzen des Kolbens (14) auf die Kolbenstange (16) ein Verdrehschutz (18, 20) geschaffen wird, um den Kolben (14) und die Kolbenstange (16) gegen eine gegenseitige Verdrehung in Richtung um die Kolbenstangenlängsachse (22) herum zu schützen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrehschutz (18, 20) durch zumindest eine in der Kolbenstange vorgesehene, mit Kolbenmaterial (18) gefüllte Bohrung (20) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufspritzen des Kolbens (14) auf die Kolbenstange (16) ein Verschiebschutz (24, 26) geschaffen wird, um den Kolben (14) und die Kolbenstange (16) gegen eine Relativbewegung in Richtung der Kolbenstangenlängsachse (22) zu schützen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebschutz (24, 26) durch zumindest eine im Umfangsbereich der Kolbenstange (16) vorgesehene, mit Kolbenmaterial (24) gefüllte Nut (26) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) in seinem Außenumfangsbereich mit zumindest einer Halterung (28) für zumindest ein Dichtmittel (30) ausgestattet wird.