DE102006047299B4

DE102006047299B4 - Geberzylinder für ein hydraulisches System

Info

Publication number: DE102006047299B4
Application number: DE102006047299.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rammhofer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-10-29
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2026-10-07
Also published as: DE102006047299A1

Abstract

Geberzylinder für ein hydraulisches System, insbesondere für eine Kupplungsausrückvorrichtung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem in einem Gehäuse (2) axial verschiebbar angeordneten Kolben (3), der auf einer Primärseite (8) des Geberzylinders (1) eine mit einem Druckmittel befüllbare Druckkammer (7) begrenzt, welche mit einem Nachlaufbehälter zum Ausgleich von Druckmittel mittels einer Nachlaufleitung (6) auf einer Sekundärseite (5) des Geberzylinders (1) verbindbar ist, und mit einer zwischen dem Kolben (3) und dem Gehäuse (2) wirksamen Dichtung (4), die in Form einer Lippendichtung ausgebildet ist und die Primärseite (8) gegenüber der Sekundärseite (5) sowie statisch zum Gehäuse abdichtet, wobei auf der Sekundärseite (5) des Geberzylinders (1) ein Drosselelement (10) angeordnet ist, das den bei der Befüllung mit Druckmittel anliegenden Volumenstrom reduziert und wobei der Differenzdruck zwischen Primärseite (8) und Sekundärseite (5) kleiner ist als der zum Öffnen einer am Gehäuse (2) anliegenden Dichtlippe (4.1) der Dichtung (4) notwendige Öffnungsdruck.

Description

Die Erfindung betrifft einen Geberzylinder für ein hydraulisches System, insbesondere für eine Kupplungsausrückvorrichtung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem in einem Gehäuse axial verschiebbar angeordneten Kolben, der auf einer Primärseite des Geberzylinders eine mit einem Druckmittel befüllbare Druckkammer begrenzt, welche mit einem Nachlaufbehälter zum Ausgleich von Druckmittel mittels einer Nachlaufleitung auf einer Sekundärseite des Geberzylinders verbindbar ist, und mit einer zwischen dem Kolben und dem Gehäuse wirksamen Dichtung, die die Primärseite gegenüber der Sekundärseite abdichtet.
Ein derartiges hydraulisches System ist in DE 102 05 177 A1 beschrieben. Dabei ist vorgesehen, dass im Geberzylinder während eines Verlagerungsintervalles des Kolbens ein Druckmittelpfad zwischen dem Nachlaufbehälter und der Druckkammer freigegeben wird. Zu diesem Zweck ist eine vorzugsweise als Nutringdichtung ausgebildete Dichtung axial begrenzt verlagerbar auf dem Kolben angeordnet und dichtet gegenüber dem Kolben axial und gegenüber dem Gehäuse radial ab. Weiterhin ist in der DE 195 23 215 A1 ein Geberzylinder offenbart, welcher eine Nachlaufleitung aufweist, durch welche der Primärraum des Zylinders mit Hydraulikmedium befüllbar ist. Um ein druckloses Nachströmen des Hydraulikmediums in den Primärraum zu ermöglichen ist eine mit der Nachlaufleitung korrespondierende Stichbohrung vorgesehen, die in einen Axialkanal mündet, der eine Umlenkung des Hydraulikmediums zur Primärdichtung bewirkt.
Um Druckmittelverluste und/oder Volumenänderungen des hydraulischen Systems, die beispielsweise durch einen Verschleiß der Reibbeläge der Reibungskupplung verursacht werden, zu vermeiden, ist in dem Geberzylinder ein Ausgleich von Druckmittel zwischen dem Druckmittelvolumen des hydraulischen Systems und bevorratetem Druckmittel in einem über die Nachlaufleitung mit dem im Wesentlichen drucklosen und hydrostatisch über dem Geberzylinder angeordneten Nachlaufbehälter vorgesehen. Dabei soll in Arbeitsstellung des Kolbens ein Ausweichen des Druckmittels in die im Wesentlichen drucklose Nachlaufleitung verhindert werden. In Ruhestellung des Kolbens hingegen soll zwischen dem Nachlaufbehälter über die Nachlaufleitung und der Kammer ein Druckmittelaustausch stattfinden können.
Bei dem in DE 199 60 335 A1 offenbarten hydraulischen System stand die Aufgabe, eine wirksame Strömungsverbindung zwischen dem Reservoir an Druckmittel und dem Druckraum zu schaffen. Zu diesem Zweck umfasst die Abdichtung des Kolbens des Geberzylinders eine Primärdichtung, die außenseitig in einem zum Druckraum radial gestuften Bereich an der Innenwandung des Gehäuses geführt ist. Bei betätigtem Geberzylinder liegt die radial innere Dichtlippe der Primärdichtung dichtend an einer Mantelfläche des Kolbens an. Der Dichtungsrücken stützt sich dabei an einer Distanzscheibe ab, die in axialer Richtung gezahnt gestaltet ist. Aufgrund einer axial versetzten Lage zwischen der radial inneren Dichtlippe und dem Kolben (in einer Neutrallage) stellt sich ein Ringspalt zwischen diesen Bauteilen ein. Damit kann bei Bedarf, d. h. bei einem erforderlichen Druckmittelausgleich, das Druckmittel vom Zulaufanschluss über einen Durchtritt der Distanzscheibe und einen sich zwischen der Mantelfläche des Kolbens und der Innenwandung der Distanzscheibe einstellenden Ringspalt in Richtung der Primärdichtung strömen und gelangt dort über einen weiteren Ringspalt in den Druckraum.
Die DE 100 53 571 A1 offenbart eine als Primärdichtung zwischen Kolben und Gehäuse angeordnete Dichtung, die zum Kolben hin eine Schräge aufweist, die mit einer parallel verlaufenden Schräge einer Anformung am Kolben zusammenwirkt. Bei dieser Ausführung ist eine Dichtlippe vorgesehen, die auf dem verschiebbaren Kolben mit den genannten Schrägen aufgleiten kann, die insbesondere bei Druckbeaufschlagung eine Keilwirkung erzeugen, durch die die Primärdichtung in ihren dem Druckraum abgewandten Sitz hineingepresst wird, wodurch sich die Dichtlippen geringfügig auf die Anformungen zu bewegen und den Abstand und somit ihre Reibungswiderstände verringern. Der Bereich der Primärdichtung, in dem die Dichtlippe angeordnet ist, ist als einziger beweglich und schwenkt gegen den Kolben, wobei sich im Bereich der Dichtlippe die größten Anpressdrücke aufbauen. In Richtung Schräge gehen diese Kräfte alsbald gegen Null und verursachen keine Reibungswiderstände mehr, die der Betätigungskraft entgegenstehen und den Verschleiß erhöhen.
Um zu verhindern, dass beispielsweise bei der ersten Befüllung beim Einbaukunden, insbesondere bei der Druck/Unterdruckbefüllung, Hydraulikfluid hinter die Primärdichtung an die dem Druckraum abgewandte Seite strömt, ist die erste Schräge mit der zweiten Schräge mit einer gewissen Anpresskraft dichtend ausgeführt.
Die beschriebenen Lösungen des Standes der Technik ermöglichen zwar die Erfüllung der dort gestellten Aufgaben, wie die Sicherstellung einer gewünschten Strömungsverbindung zwischen Primär- und Sekundärseite des Geberzylinders oder die Erzielung einer geringstmöglichen Reibung im Bereich der Dichtlippen. Sie können aber nicht die Gefahr einer internen Leckage des Geberzylinders beseitigen, die insbesondere bei einer Vakuum-Druck-Befüllung besteht und als Undichtheit an der statischen, am Gehäuse angeordneten, Dichtlippe (Nachsauglippe) auftritt.
Als Ursache für diese Leckage sind kleinste Schmutzpartikel (Fussel, Haare, Gummi- oder Kunststoffpartikel etc.) zu sehen, die bei der Produktion oder der Montage in den Geberzylinder, die Nachlaufleitung oder das Reservoir gelangen und bei der Vakuum-Druck-Befüllung oder der Werkstattbefüllung in den Geberzylinder gespült werden und an der Nachsauglippe hängen bleiben. Dadurch liegt die Lippendichtung nicht mehr vollständig an der Gehäuseinnenwand an und kann ihre Dichtungsfunktion nicht mehr erfüllen. Es kann Druckmittel aus dem Hydrauliksystem austreten.
Da bei einer vorgespannten Lippendichtung die Nachsauglippe ab einem bestimmten Differenzdruck zwischen Druckkammer (Primärseite) und Nachlaufseite (Sekundärseite) öffnet, gelangt der Volumenstrom sowohl über die innere, am Kolben befindliche, dynamische Dichtlippe, als auch über die äußere, am Gehäuse befindliche, statische Dichtlippe in die Druckkammer. An der statischen Dichtlippe setzen sich dabei die genannten Schmutzpartikel fest, die zu einer internen Leckage führen und damit eine Undichtheit des Geberzylinders zur Folge haben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Geberzylinders für ein hydraulisches System, insbesondere für eine Kupplungsausrückvorrichtung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, bei dem keine Gefahr einer internen Leckage besteht.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Geberzylinder für ein hydraulisches System, insbesondere für eine Kupplungsausrückvorrichtung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, ist mit einem in einem Gehäuse axial verschiebbar angeordneten Kolben ausgestattet, der auf einer Primärseite des Geberzylinders eine mit einem Druckmittel befüllbare Druckkammer begrenzt, welche mit einem Nachlaufbehälter zum Ausgleich von Druckmittel mittels einer Nachlaufleitung auf einer Sekundärseite des Geberzylinders verbindbar ist, und mit einer zwischen dem Kolben und dem Gehäuse wirksamen Dichtung, die die Primärseite gegenüber der Sekundärseite abdichtet. Die Dichtung ist als Lippendichtung ausgebildet und dichtet statisch zum Gehäuse ab. Der Differenzdruck zwischen Primärseite und Sekundärseite ist kleiner als der zum Öffnen einer am Gehäuse anliegenden Dichtlippe der Dichtung notwendige Öffnungsdruck.
Erfindungsgemäß ist auf der Sekundärseite des Geberzylinders ein Drosselelement angeordnet, das den bei der Befüllung mit Druckmittel anliegenden Volumenstrom reduziert. Das Drosselelement ist vorzugsweise in die Nachlaufleitung integriert und ermöglicht eine Verringerung des Strömungsquerschnittes in der Nachlaufleitung. Es ist ebenso eine Anordnung des Drosselelementes an einer anderen Stelle der Sekundärseite des Geberzylinders möglich, vorzugsweise in dem Nachlaufbehälter bzw. Reservoir.
Erzielt wird die Verringerung des Strömungsquerschnittes durch eine oder mehrere in dem Drosselelement angeordnete Öffnungen.
Vorzugsweise ist der Strömungsquerschnitt in der Nachlaufleitung der Querschnittsfläche von am Kolben angeordneten Schnüffelnuten angepasst.
Das Drosselelement kann als Drosselventil oder als Blende oder als konventionelles Ventil mit Schließkörper und Rückstellfeder ausgebildet sein.
Das Drosselelement kann scheibenförmig, rohrförmig oder als ein mit Aussparungen versehenes zylinderförmiges Element ausgebildet sein. Weiterhin kann das Drosselelement aus Metall oder aus Kunststoff bestehen. Es kann aber auch in das Spritzgussteil des aus Kunststoff bestehenden Geberzylinders integriert sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
1: Prinzipskizze eines Geberzylinders im Teilschnitt gemäß Stand der Technik
2: Prinzipskizze eines Geberzylinders im Teilschnitt gemäß Erfindung
1 zeigt einen Teilschnitt durch einen Geberzylinder 1 eines hydraulischen Systems, der ein Gehäuse 2 und einen Kolben 3 aufweist. Eine als Lippendichtung ausgebildete Dichtung 4 ist zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 3 angeordnet. In dem Gehäuse 2 befindet sich auf einer Sekundär- oder Nachlaufseite 5 eine Nachlaufleitung 6, die mit einem hier nicht gezeigten Nachlaufbehälter in Verbindung steht. Das Gehäuse 2 und der Kolben 3 begrenzen eine auf einer Primär- oder Druckseite 8 des Geberzylinders 1 in den 1 und 2 nur teilweise dargestellte Druckkammer 7, in der ein Fluid, vorzugsweise eine Hydraulikflüssigkeit komprimiert und über eine hier nicht dargestellte Druckmediumsleitung weitergeleitet werden kann. Die die Druckkammer 7 gegenüber der Sekundärseite 5 abdichtende Dichtung 4 weist eine statische, an dem Gehäuse 2 anliegende, Dicht- oder Nachsauglippe 4.1 sowie eine dynamische, an der Mantelfläche des Kolbens 3 anliegende, Dichtlippe 4.2 auf.
Am Kolben 3 befinden sich druckseitig außerdem noch Schnüffelnuten 9, die einen Druckausgleich zwischen Primärseite 8 und Sekundärseite 5 sowie ein Nachfließen geringer Mengen an Druckmittel aus dem Nachlaufbehälter über ein Schnüffelspiel ermöglichen. Das Befüllen des Zylinderraumes sowie des Leitungssystems mit Medium erfordert ein Vakuum in diesen Bereichen. Bei der Vakuum-Druck-Befüllung gelangt das Druckmittel aus dem hier nicht gezeigten Nachlaufbehälter über die Nachlaufleitung 6 der Sekundärseite 5 an die zwischen Gehäuse 2 und Kolben 3 angeordnete Dichtung 4.
Messungen haben ergeben, dass bei der Druckbefüllung wesentliche Anteile des dabei von der Sekundärseite 5 auf die Primärseite 8 gelangenden Volumenstroms über die am Gehäuse 2 angeordnete Dichtlippe 4.1 gehen. Die am Kolben 3 befindlichen Schnüffelnuten 9 können auf Grund ihrer im Verhältnis zu dem Strömungsquerschnitt in der Nachlaufleitung 6 bedeutend geringeren Querschnittsfläche nur einen Teil des Volumenstromes aufnehmen.
(Beispielsweise geben an einem Stahl-Kolben angeordnete sechs Nuten eine Querschnittsfläche von ca. 2,5 mm2 frei im Vergleich zu einem Strömungsquerschnitt in der Nachlaufleitung von ca. 50 mm2).
Ab einem Differenzdruck zwischen der Primärseite 8 und der Sekundärseite 5 von ca. 300 mbar öffnet die Nachsauglippe 4.1 und ein großer Teil des Volumenstroms gelangt über die Dichtlippe 4.1 in die Druckkammer 7.
In den Zeichnungen sollen die Pfeile den von der Nachlaufleitung 6 in die Druckkammer 7 gelangenden Volumenstrom darstellen.
Bei der Befüllung stehen im Allgemeinen 30 Sekunden für den Programmschritt „Füllen und Stabilisieren” zur Verfügung. Tatsächlich ist das Ausrücksystem aber in weniger als 2 Sekunden gefüllt. Die lange Füllzeit ist durch die Bremse bedingt. Würde man die Füllzeit für das Ausrücksystem beispielsweise auf 5 Sekunden erhöhen, so könnte der Volumenstrom um einen Betrag reduziert werden, der einen entsprechenden Druckabfall an den Schnüffelnuten 9 des Kolbens 3 zur Folge hat. Die Druckdifferenz ist dann so gering, dass sich die Dicht- oder Nachsauglippe 4.1 nicht öffnet.
Diese Betrachtung gilt sowohl für einen Stahlkolben als auch für einen Durokolben, wobei auf Grund größerer Öffnungsquerschnitte der Schnüffelnuten 9 beim Durokolben die Sicherheit bezüglich eines „Nichtöffnens” der Nachsauglippe 4.1 noch höher ist.
Zur Reduzierung des Volumenstromes sieht die Erfindung deshalb vor, auf der Sekundärseite, vorzugsweise in der Nachlaufleitung 6, ein Drosselelement 10 anzuordnen (2).
Dieses Drosselelement 10, das beispielsweise eine Blende oder ein Drosselventil sein kann, dient einer Verringerung der Querschnittsfläche der Nachlaufleitung 6 und damit einer Reduzierung des Volumenstromes. Dabei kann das vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff bestehende Drosselelement 10 z. B. als Scheibe, als Röhrchen oder als Zylinderelement mit Aussparungen bzw. Öffnungen 11 ausgebildet sein. Um die Entlüftung zu vereinfachen – enge Querschnitte erschweren den Durchtritt der Luftblasen – kann auch der Einsatz eines konventionellen Ventils mit Schließkörper und Rückstellfeder sinnvoll sein. Wird ein aus Kunststoff bestehender Geberzylinder 1 verwendet, kann das Drosselelement 10 bereits in das Spritzgussteil integriert sein.
Der bei der Befüllung durch die Nachlaufleitung 6 fließende Volumenstrom wird an dem Drosselelement 10 so stark reduziert, dass der Druckabfall an den am Kolben 3 befindlichen Schnüffelnuten 9 deutlich unter dem für das Öffnen der Dichtlippe 4.1 notwendigen Druck liegt. Dadurch fließt der Volumenstrom bei der Befüllung nur über die Schnüffelnuten 9 in die Druckkammer 7 der Primärseite 8. Über die Dichtlippe 4.1 gelangt kein Druckmittel von der Sekundärseite 5 des Geberzylinders 1 auf die Primärseite 8. Somit besteht die Gefahr einer internen Leckage des Geberzylinders 1 nicht mehr, da bei der Befüllung mit Hydraulikfluid keine Schmutzpartikel unter die Dicht- oder Nachsauglippe 4.1 der Dichtung 4 gespült werden.
Neben der hier aufgezeigten Anordnung des Drosselelementes 10 in der Nachlaufleitung 6 bestehen noch weitere Möglichkeiten seiner Anbringung auf der Sekundärseite 5 des Geberzylinders 1. So kann das Drosselelement 10 beispielsweise in dem – hier nicht näher dargestellten – Nachlaufbehälter bzw. dem Reservoir angebracht werden. Die Wirkung des Drosselelementes 10 tritt immer dann ein, wenn große Volumenströme anliegen. Das ist neben der Vakuum-Druck-Befüllung beispielsweise auch bei der Werkstattbefüllung der Fall. Auf Grund der weiter oben beschriebenen Möglichkeit der Verlängerung der Füllzeit für das Ausrücksystem ist trotz reduzierten Volumenstromes eine ordnungsgemäße Befüllung gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Geberzylinders 1 besteht darin, dass durch den Einsatz des Drosselelementes 10 ein ungewolltes Aufpumpen des Systems vermieden oder zumindest reduziert werden kann.
Zum Beispiel braucht die Kupplung bei –30°C normalerweise ca. 1 Sekunde bis zu ihrer Schließung, weil in der Druckleitung so große Durchflusswiderstände wirken, gegen die die Kupplung nur langsam das Medium aus der Druckkammer 7 der Primärseite 8 drücken kann. Bedingt durch die Pedalrückholfeder kommt das Pedal aber in weniger als 0,1 s zurück. In der Folge fließt über die Nachsaugung das komplette Medium nach. Wenn zwischenzeitlich eine weitere Kupplungsbetätigung erfolgt ist, hat sich das System aufgepumpt und kann dabei sogar zerstört werden. Ist der Durchflusswiderstand auf der Nachlaufseite (Sekundärseite 5) aber größer als auf der Druckseite (Primärseite 8), so findet kein Aufpumpen statt. Auch diese Wirkung wird durch das auf der Sekundärseite 5 angeordnete Drosselelement 10 erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Geberzylinder
2: Gehäuse
3: Kolben
4: Dichtung
4.1: Dichtlippe (Nachsauglippe)
4.2: Dichtlippe
5: Sekundärseite
6: Nachlaufleitung
7: Druckkammer
8: Primärseite
9: Schnüffelnuten
10: Drosselelement
11: Öffnung

Claims

Geberzylinder für ein hydraulisches System, insbesondere für eine Kupplungsausrückvorrichtung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem in einem Gehäuse (2) axial verschiebbar angeordneten Kolben (3), der auf einer Primärseite (8) des Geberzylinders (1) eine mit einem Druckmittel befüllbare Druckkammer (7) begrenzt, welche mit einem Nachlaufbehälter zum Ausgleich von Druckmittel mittels einer Nachlaufleitung (6) auf einer Sekundärseite (5) des Geberzylinders (1) verbindbar ist, und mit einer zwischen dem Kolben (3) und dem Gehäuse (2) wirksamen Dichtung (4), die in Form einer Lippendichtung ausgebildet ist und die Primärseite (8) gegenüber der Sekundärseite (5) sowie statisch zum Gehäuse abdichtet, wobei auf der Sekundärseite (5) des Geberzylinders (1) ein Drosselelement (10) angeordnet ist, das den bei der Befüllung mit Druckmittel anliegenden Volumenstrom reduziert und wobei der Differenzdruck zwischen Primärseite (8) und Sekundärseite (5) kleiner ist als der zum Öffnen einer am Gehäuse (2) anliegenden Dichtlippe (4.1) der Dichtung (4) notwendige Öffnungsdruck.
Geberzylinder nach Anspruch 1, wobei das Drosselelement (10) in die Nachlaufleitung (6) integriert ist.
Geberzylinder nach Anspruch 2, wobei durch das Drosselelement (10) eine Verringerung des Strömungsquerschnittes in der Nachlaufleitung (6) erzielbar ist.
Geberzylinder nach Anspruch 3, wobei die Verringerung des Strömungsquerschnittes in der Nachlaufleitung (6) durch eine oder mehrere in dem Drosselelement (10) vorhandene Öffnungen (11) erzielbar ist.
Geberzylinder nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Strömungsquerschnitt in der Nachlaufleitung (6) der Querschnittsfläche von am Kolben (3) angeordneten Schnüffelnuten (9) angepasst ist.
Geberzylinder nach Anspruch 1, wobei das Drosselelement (10) in den Nachlaufbehälter integriert ist.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Drosselelement (10) als Drosselventil ausgebildet ist.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Drosselelement (10) als Blende ausgebildet ist.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Drosselelement (10) scheibenförmig ausgebildet ist.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Drosselelement (10) rohrförmig ausgebildet ist.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Drosselelement (10) als ein mit Aussparungen versehenes zylinderförmiges Element ausgebildet ist.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Drosselelement (10) als konventionelles Ventil mit Schließkörper und Rückstellfeder ausgebildet ist.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Drosselelement (10) aus Metall besteht.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Drosselelement (10) aus Kunststoff besteht.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Drosselelement (10) in das Spritzgussteil des aus Kunststoff bestehenden Geberzylinders (1) integriert ist.