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Die
Erfindung betrifft eine Kolbenstangenanbindung an einen Kolben nach
dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und findet insbesondere
zur Befestigung einer Kolbenstange an einem Kolben eines Geberzylinders
z.B. für
die Kupplungs- oder Bremsbetätigung
eines Kraftfahrzeuges Anwendung.
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Aus
der
DE 195 23 215
B4 ist die Ausbildung eines Kolbens für einen Geberzylinder bekannt,
wobei der Kolben aus einer Kolbenschafthülse mit einem Boden und zwei
in der Kolbenschafthülse
spielfrei angeordneten Halteschalen besteht, und die Halteschalen
am pedalseitigen Ende der Kolbenschafthülse eine kugelpfannenartige
Ausnehmung aufweisen, in der ein Kugelkopf einer Kolbenstange verschnappt
und kraftschlüssig
gehalten ist. Die Kolbenstange kann durch ihre Befestigung mittels
des Kugelkopfes eine Schwenkbewegung ausführen.
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In
DE 199 60 335 A1 wird
ein Geberzylinder beschrieben, bei welchem der Kolben ebenfalls
zwei Halteschalen umfasst, die in einer Kolbenschafthülse sitzen.
Die Halteschalen bilden auch hier eine kugelkalottenförmige Ausnehmung
für die
Aufnahme eines Kugelkopfes der Kolbenstange.
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Die
konstruktive Gestaltung der vorgenannten Lösungen ist relativ aufwendig,
da die kugelkalottenförmigen
Ausnehmungen passgenau auf den Kugelkopf abgestimmt sein müssen. Weiterhin
ist das Dämpfungsverhalten
dieser Ausführungen
ungenügend,
so dass es bei stoßartigen
Belastungen zum Bruch der kugelkalottenartigen Halbschalen kommen kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Kolbenstangenanbindung
an einen Kolben, insbesondere für
einen Geberzylinder, z.B. für
die Kupplungs- oder Bremsbetätigung,
zu entwickeln, die eine hohe Lebensdauer gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Kolbenstangenanbindung an einen Kolben, insbesondere eines Geberzylinders,
wobei der Kolben eine in einer Führungshülse axial
verschiebbare Kolbenschafthülse
aufweist, in welcher eine Kolbenstange befestigt ist, die an ihrem
in der Kolbenschafthülse
befestigten Ende einen Bereich mit einer sphärisch gekrümmten Oberfläche aufweist, wird
erfindungsgemäß dadurch
realisiert, dass die Befestigung der Kolbenstange in der Kolbenschafthülse mittels
eines Befestigungselementes erfolgt, welches mit der Kolbenschafthülse und
mit der Kolbenstange in Wirkverbindung steht.
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Die
Wirkverbindung zwischen Kolbenschafthülse, Befestigungselement und
Kolbenstange wird dabei über
wenigstens ein Schwingungen und/oder Stöße dämpfendes Dämpfungselement gedämpft.
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Dabei
ist das Dämpfungselement
bevorzugt zwischen einer radial nach außen weisenden Schulter der
Kolbenstange und einem Anschlag des Befestigungselementes angeordnet,
wobei der Anschlag des Befestigungselementes eine Schulter oder
Stirnfläche
sein kann.
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Bevorzugt
ist das Dämpfungselement
als ein O-Ring ausgebildet.
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Bevorzugt
liegt der O-Ring mit seinem Innendurchmesser an einem zweiten Außendurchmesser der
Kolbenstange und mit seinem Außendurchmesser
an einem Innendurchmesser der Kolbenschafthülse bzw. an einem Innendurchmesser
des Befestigungselementes an. Das Befestigungselement ist mit der
Kolbenschafthülse
verbunden.
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Dazu
weist das Befestigungselement einen Flansch auf und ist mit diesem
an einer nach außen weisenden
freien Stirnseite der Kolbenschafthülse befestigt. Alternativ oder
zusätzlich
kann das Befestigungselement mit seinem Außendurchmesser am Innendurchmesser
der Kolbenschafthülse
befestigt werden Es ist möglich,
das Befestigungselement durch eine form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung
mit der Kolbenschafthülse
zu verbinden. Dazu können
beispielsweise das Befestigungselement und die Kolbenschafthülse über korrespondierende
Rastelemente miteinander verbunden werden..
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Die
Kolbenschafthülse
weist einen Bodenbereich mit einer Anlagefläche für den sphärisch gekrümmten Bereich der Kolbenstange
auf, wobei die Anlagefläche
eine Schwenkbewegung der Kolbenstange gewährleistet. Dazu kann die Anlagefläche als
eine Schräge
oder als eine gekrümmte
Kontur ausgebildet sein, deren Krümmungsrichtung dem gekrümmten Bereich
der Kolbenstange angepasst ist.
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Der
sphärisch
gekrümmte
Bereich der Kolbenstange kann auch an einem mit der Kolbenstange verbundenen
Kugelkalottenelement ausgebildet sein, welches an der Kolbenstange
befestigt ist.
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Der
Außendurchmesser
der Kolbenstange erweitert sich vom zweiten Durchmesser im Bereich des
O-Rings in Richtung zum Boden auf einen ersten Außendurchmesser
und in Richtung zur freien Stirnseite der Führungshülse auf einen dritten Außendurchmesser.
Zwischen zweiten und dritten Außendurchmesser
ist eine radial nach außen
weisende Schulter ausgebildet, die am O-Ring anliegt.
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Das
Befestigungselement wird z.B. mit einem radial nach außen weisenden
Flansch an der nach außen
weisenden freien Stirnseite der Kolbenschafthülse befestigt und liegt mit
einem Außendurchmesser
im Bereich des O-Rings an einem Innendurchmesser der Kolbenschafthülse an.
Im Bereich des O-Rings nimmt das Befestigungselement diesen mit
einem Innendurchmesser auf. In Richtung zum Flansch reduziert sich
das Befestigungselement durch die radial nach innen weisende Schulter
weiter auf einen Durchmesser, der geringer ist als der Außendurchmesser
des O-Rings und größer als
der zweite Durchmesser der Kolbenstange. Zur sicheren axialen Lagefixierung
weist das Befestigungselement in Richtung zum Boden unmittelbar
nach dem O-Ring radial nach innen gekröpfte (gebogene) Nasen auf, so
dass der O-Ring zwischen der Schulter und den Nasen des Befestigungselementes
gehalten wird. Das Dämpfungselement
in Form des O-Ring steht dabei bevorzugt unter axialer und/oder
radialer Vorspannung.
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Weiterhin
ist das Befestigungselement an seinem in Richtung zum Boden weisenden
Ende radial nach innen gebogen.
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Umfangsseitig
ist das Befestigungselement ab seinem Flanschbereich bis zu dem
Außendurchmesser,
der am Innendurchmesser der Kolbenschafthülse im Bereich des O-Ringes anliegt, von
der Innenkontur der Kolbenschafthülse beabstandet.
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Das
Befestigungselement ist z.B. als ein Blechformteil geringer Dicke
ausgebildet. Dadurch wirkt es in der Art einer Feder. Das Befestigungselement
kann in Richtung zum Boden ein- oder
mehrfach geschlitzt sein, um eine radiale Federwirkung und somit
eine einfache Montage, d.h. ein einfaches Einschieben des O-Rings
bis zu dessen geforderter Position zwischen der Schulter und den
Nasen zu gewährleisten.
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Um
ein Herausbewegen der Kolbenschafthülse aus der Führungshülse zu verhindern,
ist an der Führungshülse ein
endseitiger Anschlag vorgesehen in dessen Richtung die nach außen weisende freie
Stirnseite der Kolbenschafthülse
weist und gegen welchen die Kolbenschafthülse axial verschiebbar ist.
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Dieser
Anschlag besteht bevorzugt aus einem stoß- und schwingungsdämpfenden
Material, wozu auch ein Dichtungsring (z.B. ein weitere O-Ring)
eingesetzt werden kann.
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Gegen
das Eindringen von Verunreinigungen und Feuchtigkeit ist zwischen
Führungshülse und
Kolbenstange ein Dichtungsbalg angeordnet.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung ist
eine überraschend
einfache konstruktive und flexible Ausführung der Kolbenstangenanbindung
möglich. Durch
die Auslegung der einzelnen Aufnahmemaße von Befestigungselement
und Kolbenschafthülse
für den
O-Ring sowie durch die Dimensionierung des Befestigungselementes,
z.B. hinsichtlich Werkstoff und Dicke, wird auf einfache Art und
Weise eine lastabhängige
Baugruppe hergestellt. Weiterhin ist eine spielfreie Kolbenstangenanbindung
möglich. Dazu
sitzt der O-Ring bevorzugt so zwischen Befestigungselement und Kolbenschafthülse, dass
der Querschnitt des O-Rings radial und/oder axial zusammengedrückt wird
und somit unter radialer Vorspannung steht. Durch die Federwirkung
des Befestigungselementes und die erfindungsgemäße Befestigung der Kolbenstange über den
O-Ring werden Vibrationen und Laststöße gedämpft bzw. eliminiert. Dadurch
wird die Lebensdauer der Kolbenstangenanbindung wesentlich verlängert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
Kolbenstangenanbindung mit einem Befestigungselement 5,
welches über
das Dämpfungselement
in Form eines O-Ringes 6 greift,
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2:
Kolbenstangenanbindung, wobei das Befestigungselement 5 am
Dämpfungselement
in Form eines O-Ringes 6 anliegt,
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In
den Zeichnungen gem. 1 und 2 ist in
der Schnittdarstellung ein Ausschnitt eines Endes eines Geberzylinders
im Bereich der Kolbenstangenanbindung dargestellt. Der Geberzylinder 1 weist eine
Führungshülse 2 mit
einem Innendurchmesser 2d auf, wobei die Führungshülse 2 die
eine freie Stirnseite 2.1 hat. In der Führungshülse 2 ist ein axial verschiebbarer
Kolben 3 gelagert. Der Kolben 3 weist eine Kolbenschafthülse 4 auf,
die mit einem Führungsdurchmesser 4D am
Innendurchmesser 2d der Führungshülse 2 anliegt. Die
Kolbenschafthülse 4 weist
in Richtung zur freien Stirnseite 2.1 der Führungshülse 2 eine
Stirnseite 4.1 und eine Öffnung 4.2 auf. Der Öffnung 4.2 gegenüberliegend
besitzt die Kolbenschafthülse 4 einen
Bodenbereich 4.3. In Richtung zum Bodenbereich 4.3 ist
im Vergleich zum Führungsdurchmesser 4D ein
etwas zurückgesetzter Außendurchmesser 4D' vorgesehen.
An der außen liegenden
Seite 4.3.1 des Bodenbereiches 4.3 ist dieser
abgerundet ausgebildet. Der erste Innendurchmesser 4d1 der
Kolbenschafthülse 4,
der sich an die Stirnseite 4.1 anschließt, verjüngt sich in Richtung zum Bodenbereich 4.3 auf
einen zweiten Innendurchmesser 4d2. An den zweiten Innendurchmesser 4d2 schließt sich
eine Gleitfläche
in Form einer Schräge 4.4 an,
die sich in Richtung zum Bodenbereich 4.3 verjüngt.
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In
der Kolbenschafthülse 4 sitzt
ein Befestigungselement 5. Das Befestigungselement 5 ist
als ein rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet und stellt eine
Wirkverbindung zwischen der Kolbenschafthülse 4 des Kolbens 3 und
der Kolbenstange 7 her. Das Befestigungselement liegt mit
einem radial nach außen
weisenden Flansch 5.1 an der nach außen weisenden Stirnseite 4.1 der
Kolbenschafthülse 4 an.
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Durch
das Befestigungselement 5 ragt bis zum Bodenbereich 4.3 der
Kolbenschafthülse 4 die Kolbenstange 7,
die an ihrem zum Boden weisenden Ende eine sphärisch gekrümmte Oberfläche 7.1 aufweist und
mit dieser an einer Gleitfläche
in Form der Schräge 4.4 der
Kolbenschafthülse 4 anliegt.
Die Kolbenstange 7 besitzt aus Richtung der sphärisch gekrümmten Oberfläche 7.1 bis
zum Dämpfungselement
in Form des O-Rings 6 einen ersten Außendurchmesser 7D1,
der etwas größer ist
als der Innendurchmesser 6d des O-Rings 6. Der
erste Außendurchmesser 7D1 der
Kolbenstange 7 verjüngt
sich auf einen zweiten Außendurchmesser 7D2,
auf welchem der O-Ring mit seinem Innendurchmesser sitzt. Zwischen
dem ersten Außendurchmesser 7D1 und dem
zweiten Außendurchmesser 7D2 besitzt
die Kolbenstange 7 eine radial nach außen weisende Schulter 7.2,
die am O-Ring 6 anliegt. Der Durchmesser der Kolbenstange 7 erweitert
sich in Richtung zur Stirnfläche 2.1 der
Führungshülse 2 auf
einen dritten Durchmesser 7D3.
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Um
ein Herausbewegen der Kolbenschafthülse 4 aus der Führungshülse 2 zu
verhindern, ist an der Führungshülse 2 ein
endseitiger radial nach innen weisender Anschlag 8 vorgesehen,
in dessen Richtung die nach außen
weisende freie Stirnseite 4.2 der Kolbenschafthülse 4 weist
und gegen welchen die Kolbenschafthülse 4 axial verschiebbar
ist.
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Gegen
das Eindringen von Verunreinigungen und Feuchtigkeit ist zwischen
Führungshülse 2 und
Kolbenstange 2 ein Dichtungsbalg 9 zwischen Innendurchmesser
der Führungshülse 2 und
dritten Außendurchmesser 7D3 der
Kolbenstange 7 angeordnet.
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Gem. 1 und 2 ist
der Innendurchmesser des Befestigungselementes 5 so zu
dimensionierten, dass die erforderliche Schwenkbewegung mit der
Kolbenstange 7 realisierbar ist.
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Gem. 1 ist
das Befestigungselement 5 als Blechformteil oder Kunststoffteil
mit einer (vorzugsweise relativ geringen) Wanddicke b ausgebildet und
liegt mit einem Außendurchmesser 5D am
zweiten Innendurchmesser 4d2 der Kolbenschafthülse 4 an.
Im Bereich des Außendurchmessers 5D nimmt das
Befestigungselement 5 an seinem Innendurchmesser 5d den
O-Ring 6 auf. Nach diesem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
reduziert sich das Befestigungselement 5 in Richtung zum
Flansch 5.1 durch eine radial nach innen weisende Schulter 5.2, die
am O-Ring 6 anliegt, auf einen Innendurchmesser 5d', der etwas
geringer ist als der Innendurchmesser 5d. Zur sicheren
axialen Lagefixierung weist das Befestigungselement 5 in
Richtung zum Bodenbereich 4.3 der Kolbenschafthülse 4 unmittelbar
nach dem O-Ring 6 radial nach innen gekröpfte (gebogene)
Nasen 5.3 auf, so dass der O-Ring 6 zwischen der Schulter 5.2 und
den Nasen 5.3 des Befestigungselementes 5 gehalten
wird. Weiterhin ist hier das Befestigungselement 5 an seinem
in Richtung zum Boden weisenden Ende 5.4 radial nach innen
gebogen. Der Außendurchmesser
des O-Rings ist kleiner als der Innendurchmesser 5d des
Befestigungselementes 6 im Bereich der Nasen 5.3,
so dass dieser Radian zusammengepresst wird und unter Vorspannung steht.
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Die
gem. 1 einteilige Kolbenstange 7 wird in der
Kolbenschafthülse 4 zwischen
der radial nach außen
weisenden Schulter 7.2 der Kolbenstange 7 und
der Schulter 5.2 sowie den Nasen 5.3 des Befestigungselementes 5 axial
fixiert. Somit steht die Kolbenstange 7 über den
O-Ring 6 und das Befestigungselement 5 mit der
Kolbenschafthülse 4 und
somit mit dem Kolben 3 in Wirkverbindung.
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Zur
Montage der Kolbenstange 7 mit der Kolbenschafthülse 4 wird
gem. der in 1 dargestellten Vatiante zunächst der
O-Ring 6 auf die Kolbenstange 7 aufgeschoben und
hinter der Schulter 7.2 platziert. Danach wird das Befestigungselement 5 ebenfalls
auf die Kolbenstange 7 aufgeschoben, wobei dieses Befestigungselement 5 an
der Schulter 5.2 am O-Ring 6 anschlägt. Anschließend wird
die so vormontierte Kolbenstange 7 in die Kolbenschafthülse 4 soweit
eingeschoben, bis das Ende der Kolbenstange 7 den Boden
der Kolbenschafthülse 4 erreicht hat.
Danach wird in die dafür
vorgesehene Ausnehmung das Federelement 8, das als Anschlag
und somit als axiale Arretierung für die Kolbenstange 7 fungiert,
in den Geberzylinder eingeführt.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
nach welchem zwischen dem Außendurchmesser 5D des
Befestigungselementes 5 und dem ersten Innendurchmesser 4d1 der
Kolbenschafthülse
eine Wirkverbindung hergestellt wurde. Diese Wirkverbindung wird
dadurch erzeugt, dass das Befestigungselement 5 über am Außendurchmesser 5D vorhandene
Rastelemente 5.5 mit der Kolbenschafthülse 4 verbunden ist,
die an ihrem ersten Innendurchmesser 4d1 entsprechende
nicht näher
bezeichnete Ausnehmungen aufweist. Das Befestigungselement 5 ist hülsenartig
ausgebildet und liegt mit seinem Flansch 5.1 an der Stirnseide 4.1 der
Kolbenschafthülse 4 an. Das
Befestigungselement 5 greift in diesem Fall nicht über den
O-Ring 6, sondern liegt lediglich mit seiner Schulter 5.2 (die
hier eine Stirnfläche
des Befestigungselementes 5 bildet) am O-Ring 6 an.
Die Rastelemente 5.5 des Befestigungselementes 5 weisen bevorzugt
eine sägezahnartige
Struktur auf, die Einschieben/Einpressen in die Kolbenschafthülse gewährleistet
und ein Lösen
dieser Verbindung verhindert. Es wird somit zwischen dem Befestigungselement 5 und
der Kolbenschafthülse 4 eine
form- und kraftschlüssige
Verbindung hergestellt.
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Gem. 2 weist
die Kolbenstange 7, die an ihrem zum Boden weisenden Ende
eine sphärisch gekrümmte Oberfläche 7.1 auf,
die an einem an der Kolbenstange 7 angebundenen separaten
Kugelkalottenelement 7K ausgebildet ist, welches auf einem Zapfen 7Z der
Kolbenstange 7 befestigt ist. Das Kugelkalottenelement 7K weist
ebenfalls die Schulter 7.2 sowie den ersten Außendurchmesser 7D1 der Kolbenstange 7 auf.
An der Schulter 7.2 liegt dabei der O-Ring 6 an.
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Der
O-Ring 6 sitzt somit zwischen der Schulter 5.2 (Stirnfläche) des
Befestigungselementes 5 und der Stirnfläche 7.2 der Kolbenstange 7,
die hier am Kugelkalottenelement 7K ausgebildet ist. Der O-Ring 6 sitzt
mit seinem Innendurchmesser auf dem Außendurchmesser 7D2 der
Kolbenstange 7 und mit seinem Außendurchmesser im Innendurchmesser 4d2 der
Kolbenschafthülse 4.
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Die
Montage erfolgt analog der Ausführung in 1,
nur dass das Befestigungselement 5 den O-Ring 6 nicht
umgreift, sondern an diesen angepresst wird. Dadurch wird der O-Ring
axial unter Vorspannung gesetzt und, wenn dessen Außendurchmesser
etwas größer ist
als der Innendurchmesser 4d2 der Kolbenschafthülse 4 in
diesen gepresst und auch radial unter Vorspannung gesetzt.
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Der
Anschlag 8 ist hier in ebenfalls Form eines Dichtungsrings
ausgebildet, so dass eine dämpfende
Wirkung bei Anschlagen des Flansches 5.1 des Befestigungselementes 5 erzielt
wird.
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Diese
vorgenannt beschriebenen erfindungsgemäßen Befestigungsmöglichkeiten
der Kolbenstange 7 gewährleisten
eine Dämpfung
von Schwingungen und Stößen und
tragen somit zur Erhöhung
der Lebensdauer der Kolbenstangenanbindung bei.
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- 1
- Geberzylinder
- 2
- Führungshülse
- 2d
- Innendurchmesser
der Führungshülse
- 2.1
- freie
Stirnseite der Führungshülse
- 3
- Kolben
- 4
- Kolbenschafthülse
- 4D
- Führungsdurchmesser
der Kolbenschafthülse
- 4D'
- zurückgesetzter
Außendurchmesser
- 4d1
- erster
Innendurchmesser der Kolbenschafthülse
- 4d2
- zweiter
Innendurchmesser der Kolbenschafthülse
- 4.1
- Stirnseite
der Kolbenschafthülse
- 4.2
- Öffnung der
Kolbenschafthülse
- 4.3
- Bodenbereich
der Kolbenschafthülse
- 4.3.1
- außen liegende
Seite des Bodenbereiches
- 4.4
- Schräge in der
Kolbenschafthülse 4
- 5
- Befestigungselement
- 5.1
- Flansch
- 5.2
- Schulter
- 5.3
- Nasen
- 5.4
- Ende
- 5.5
- Rastelemente
- 5D
- Außendurchmesser
des Befestigungselementes
- 5d
- Innendurchmesser
des Befestigungselementes
- 5d'
- Innendurchmesser
- b
- Dicke
des Befestigungselementes
- 6
- O-Ring
- 7
- Kolbenstange
- 7.1
- sphärisch gekrümmten Oberfläche
- 7.2
- Schulter
- 7D1
- erster
Außendurchmesser
der Kolbenstange
- 7D2
- zweiter
Außendurchmesser
der Kolbenstange
- 7D3
- dritter
Außendurchmesser
der Kolbenstange
- 7K
- Kugelkalottenelement
- 7Z
- Zapfen
- 8
- Anschlag/Federelement
- 9
- Dichtungsbalg
- b
- Wanddicke
des Befestigungsteils