DE102008015601A1

DE102008015601A1 - Druckmittelbetätigte Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE102008015601A1
Application number: DE200810015601
Authority: DE
Inventors: Arnold Trissler
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Stellvorrichtung (1, 19, 29, 38) für ein linear bewegliches Stellglied (2), die Stellvorrichtung (1, 19, 29, 38) mit wenigstens einem durch Druckmittel beaufschlagbaren Kolben (10) und mit einem Linearwälzlager (8) zur linearbeweglichen Lagerung der Stellglieder, wobei das Linearwälzlager (8) mindestens eine Führung (11, 33, 43) aufweist, in der Wälzkörper (13) geführt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Stellvorrichtung für ein linear bewegliches Stellglied, die Stellvorrichtung mit wenigstens einem durch Druckmittel beauschlagbaren Kolben und mit einem Linearwälzlager zur linearbeweglichen Lagerung der Stellstange, wobei das Linearwälzlager mindestens eine Führung aufweist, in der Wälzkörper geführt sind.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Stellglieder sind, beispielsweise Schaltstangen, mit denen Schaltbewegungen auf Synchronkupplungen übertragen werden. Stellglieder sind beispielsweise auch Schaltgabeln, die auf Schaltschienen linear beweglich angeordnet sind. Stellstangen sind aber auch alle beliebigen längs verschiebbaren Stellelemente, vorzugsweise in Fahrzeuggetrieben. Derartige Stellstangen müssen linearbeweglich gelagert sein. Dazu werden Gleitlagerungen und/oder Wälzlager eingesetzt.
Der Gegenstand der Erfindung betrifft Stellvorrichtungen, in denen die Stellstangen zumindest an der durch Druckmittel angetriebenen Seite mittels Wälzlagerungen gelagert sind. Das schließt also auch Anordnungen nicht aus, bei denen die nicht angetriebene Seite der Stellglieder über Gleitlagerungen gelagert sind. Druckmittel sind vorzugsweise hydraulische Flüssigkeiten oder Luft. Ein oder mehrere Kolben werden gleichzeitig oder nacheinander mittels Druckmittel beaufschlagt und verschieben das Stellglied. Der oder die Kolben sind entweder an einer Seite des Stellgliedes oder an beiden Seiten angeordnet.
DE 10 2004 053 205 A1 zeigt eine Stellvorrichtung mit einer Schaltstange, an der eine Schaltgabel befestigt ist. Die Schaltstange ist beidseitig linearbeweglich gelagert. Die eine Seite ist mittels eines Linearwälzlagers wälzgelagert. Die andere Seite ist gleitgelagert. Die Gleitlagerung ist durch den mittels Druckmittel beaufschlagten Kolben gebildet, der unmittelbar an der Schaltstange befestigt ist. Ein Druckraum schließt sich dem Kolben an. Gleitfläche für den Kolben und damit gleichzeitig Begrenzung des Druckraums ist der Mantel des Zylinders, in dem der Druckraum ausgebildet ist.
DE 101 587 129 A1 zeigt eine Stellvorrichtung mit einer Schaltschiene und mit einer Schaltgabel. An den Enden der Schaltschiene ist jeweils ein durch Druckmittel beaufschlagbarer Kolben befestigt. Die Kolben sind gleichzeitig Bestandteil der Gleitlagerung dieser Stellvorrichtung.
DE 102 15 873 A1 zeigt eine Kombination aus einem Linearwälzlager und einem Kolben für eine Stellvorrichtung der betrachteten Gattung. Das Linearwälzlager ist mit dem Stellglied mittels Schnappverbindung gelenkig verbunden.
Linearwälzlager sind alle bekannten Wälzlager mit begrenztem oder mit unendlichem linearen Hub. Die Wälzkörper des Linearlagers laufen entweder bei endlosem Hub in Längsführungen mit U-bogenbahnen oder in Spiralbahnen in Reihe um – oder sind in Taschen eines Käfigs des Linearlagers geführt bzw. gehalten.
Die Wälzkörper des Linearwälzlagers nach DE 102 15 873 A1 laufen an Wälzlaufbahnen eines hülsenförmigen Außenrings ab, der endseitig mit einem Boden verschlossen ist. Der Außenring ist gleichzeitig Druckraum für den mittels Druckmittel betätigten Kolben und weist dazu in der Nähe des Bodens Strömungsöffnungen auf. Die Laufbahn für die Wälzkörper, die in diesem Falle Kugeln sind, sind gleichzeitig die Begrenzung für den Druckraum. Die Kolben sind in der Regel mit Dichtungen versehen, die den Druckraum gegen die Umgebung abdichten. Die Dichtungen bewegen sich mit dem Kolben. Der Kolben ist an der Führung des Linearwälzlagers fest.
In DE 102 15873 A1 wird eine Anordnung beschrieben, mit der die Nachteile von starren Verbindungen vermieden werden sollen. Bei derartigen Verbindung zwischen Kolben und Stellglied neigt der Kolben zum Verkanten in seiner Führung, wenn die Bauteile der Anordnung nicht sehr genau zueinander justiert sind. Es wird deshalb vorgeschlagen eine gelenkige Verbindung zwischen Kolben und Linearwälzlager herzustellen, mit der über das Gelenk Form- und Lageabweichungen ausgleichbar sind. In dem betrachteten Fall nach DE 102 15873 A1 ist der Kolben mit der als Kugelkäfig ausgebildeten Führung verbunden. Dem Fachmann fällt beim Betrachten der an sich guten Lösung der hohe Fertigungsaufwand auf, mit dem bei der Herstellung einer derartigen Stellvorrichtung gerechnet werden muss. Begründet ist der erhöhte Aufwand beispielsweise mit den verschiedenen relativ kompliziert gestalteten Einzelteilen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stellvorrichtung zu schaffen mit der die zuvor genannten Nachteile vermieden werden.
Die Aufgabe ist durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind der Kolben und die Führung starr miteinander verbunden. Trotz der starren Verbindung zwischen Kolben und Führung ist die Anordnung gegenüber Form- und Lageabweichungen ausgleichend denn zwischen Wälzkörpern und der Führung ist in der Regel so viel Bewegungsspiel, dass sich die starre Einheit aus Kolben und Führung gegenüber den Wälzkörpern auch radial und umfangsseitig relativ bewegen kann. Dieses Spiel ist in der Regel in axialer, tangentialer oder in radialer Richtung in den Taschen bzw. Führungen zwischen den Wälzkörpern und der betreffenden Führung ausgebildet.
Die Herstellung einer derartigen Kolben-Führungseinheit ist relativ einfach, da komplizierte Verbindungselemente zwischen Kolben und Führung nicht erforderlich sind. Kolben und Führung sind vorzugsweise durch stoffschlüssige Verbindungen wie Kleb-, Löt- oder Schweißverbindungen miteinander verbunden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht die einteilige Ausbildung von Kolben und Führung vor. Der Kolben und die Führung sind als eine einmaterialig vorzugsweise aus Kunststoff(en) oder Leichtmetalllegierung ausgebildete Einheit beispielsweise durch Spritzen, Gießen oder Umformen mit oder ohne nachfolgender vorwiegend spanabhebend ausgeführter Nachbearbeitung hergestellt. Denkbar ist auch, dass diese Einheit aus Kolben und Führung durch spanabhebende Verfahren hergestellt ist.
Der Kolben ist wahlweise mit einer oder mehreren Ringdichtungen, vorzugsweise aus einem gummielastischen Werkstoff, versehen. Die Dichtung ist entweder an den Kolben anvulkanisiert, geklebt oder formschlüssig an diesen montiert. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen die Anwendung der Erfindung für Linearlager mit begrenztem oder alternativ mit unbegrenztem Hub vor. Die Erfindung sieht auch alle weiteren denkbaren Anordnungen von Kolben und Führungen vor. So ist es beispielsweise denkbar, dass ein Kolben zwischen zwei Linearführungen angeordnet und die gesamte Einheit starr miteinander verbunden ausgebildet ist. Denkbar ist auch, dass zwei Kolben starr mit einer Führung verbunden sind. Weitere Ausgestaltungen und Ausführungs beispiele der Erfindung sind nachfolgend im Kapitel „Beschreibung der Zeichnungen" näher erläutert.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Stellvorrichtung 1 in einem Längsschnitt längs entlang der Längsachse eines Stellgliedes 2. Das Stellglied 2 ist eine Schaltstange 3, an der eine Schaltgabel 4 befestigt ist. Die Stellvorrichtung 1 weist eine Druckeinheit 5, eine Rückstelleinrichtung 6 und zwei Linearlagerungen 7 auf. Eine der linearen Lagerungen 7 ist ein Linearwälzlager 8 mit begrenztem Hub. Die andere Linearlagerung 7 ist Bestandteil einer Einheit 9 aus einem Kolben 10 und zwei Führungen 11. Jede der Führungen 11 weist die Merkmale eines Käfigs für ein Linearlager mitbegrenztem Hub auf. Dazu ist diese umfangsseitig mit Taschen 50 versehen. In jeder der Tasche 50 ist jeweils ein Wälzkörper 13 geführt. Die Länge der Taschen entspricht in Längsrichtung (im Bild von links nach rechts oder umgekehrt) der Stellvorrichtung der Hälfte des Hubs um den das Stellglied 2 maximal längs beweglich ist.
Der Kolben 10 und die Führungen 11 sind einteilig – einmaterialig aus Kunststoff ausgebildet, wobei der Kolben 10 in Längsrichtung zwischen zwei der Führungen 11 angeordnet ist. Auf dem Kolben 10 sitzt eine Dichtung 16 in einer Ringnut. Die Einheit 9 ist von einem hülsenförmig ausgebildeten Außenring 12 umgeben. Die Dichtung 16 ist radial nach außen elastisch gegen den Innenumfang des Außenrings 12 vorgespannt. Der Innenumfang des Außenrings 12 ist gleichzeitig Wälzkörperlaufbahn 18 für die Wälzkörper 13, auf der die Wälzkörper 13 bei Linearhub des Kolbens 10 abwälzen, und gleichzeitig Gleitfläche für den Kolben 10 bzw. für die Dichtung 16 des Kolbens 10.
Der Boden 17 des Außenrings 12 ist mit einer Strömungsöffnung 14 versehen, durch die Druckmittel in den Druckraum 15 ein- oder ausströmen kann. Der Kolben 10 ist an der Kolbenfläche 27 mit Druckmittel beaufschlagbar. Im Falle von Druckbeaufschlagung des Druckraums 15 bewegt sich der Kolben 10 im Bild nach rechts und nimmt die Schaltstange 3 mit. Die Schaltstange 3 wird gegen den elastischen Widerstand der Rückstelleneinheit 6 bewegt. Wenn der Druck im Druckraum 15 nachlässt, wird die Schaltstange 3 mittels der nicht näher beschriebenen Rückstelleinheit 6 wieder in die Ausgangstellung zurück bewegt.
2 zeigt den Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Stellvorrichtung 19. Das Stellglied 2 ist eine Schaltstange 3, an der die Schaltgabel 4 befestigt ist. Die Schaltstange 3 ist mit zwei Linearlagerungen 7 gelagert. Eine der Linearlagerungen 7 ist das auch aus 1 bekannte Linearwälzlager 8. Die andere Linearlagerung 7 ist Bestandteil einer Einheit 20. Die Einheit 20 ist durch den Kolben 10 und eine Führung 11 gebildet. Der Kolben 10 ist an der Schaltstange 3 fest. Die Stellvorrichtung 19 weist weiterhin einen Außenring 21 auf. Der Innenumfang des Außenrings 21 ist Gleitfläche für den Kolben 10 bzw. für dessen Dichtung 16 und gleichzeitig Wälzkörperlaufbahn 18 für die Wälzkörper 13.
3 zeigt die Einheit 20 in einer Gesamtansicht. Der Kolben 10 und die Führung 11 sind einmaterialig ausgebildet. Die Führung 11 weist, wie anfangs schon beschrieben, die Merkmale eines Käfigs für ein Linearlager mit begrenztem Hub auf. Dazu ist es umfangsseitig mit Taschen 50 versehen. In jeder der Tasche 50 ist jeweils ein Wälzkörper 13 geführt. Die Länge L der Taschen 50 entspricht in Längsrichtung der Stellvorrichtung mindestens der Hälfte des Hubs, um den das Stellglied 2 maximal längs beweglich ist. Die Wälzkörper 13 sind in diesem Falle Rollen 28.
Der Außenring 21 ist hülsenförmig ausgebildet und mit einem Boden 17 versehen. Der Boden 17 weist eine Strömungsöffnung 14 auf. Weitere Strömungsöffnungen 22 sind in der Nähe des Randes 23 des Außenrings 21 angeordnet. In den Außenring 21 ist ein Verschlussdeckel 24 eingepresst oder anders befestigt. Der Verschlussdeckel 24 ist mit einer Durchgangsöffnung 25 versehen. Die Schaltstange 3 greift durch die Durchgangsöffnung 25 längsbeweglich hindurch.
Im Bild linksseitig des Kolbens 10 ist ein erster Druckraum 15 und im Bild rechtsseitig ein zweiter Druckraum 26 ausgebildet. Die Strömungsöffnung 14 mündet in den Druckraum 15 und die Strömungsöffnungen 22 in den Druckraum 26. Der Druckraum 15 ist in Längsrichtung durch den Boden 17 verschlossen und in die andere Längsrichtung durch die Stirnseite, d. h. Kolbenfläche 27, in seiner Größe veränderlich begrenzt. An der anderen Seite des Kolbens 10 ist der Druckraum 26 durch die Kolbenfläche 28 in seiner Größe veränderlich begrenzt und in die andere Längsrichtung durch den Verschlussdeckel 24 verschlossen. Außerdem ist der Druckraum 26 mittels einer Dichtungsanordnung 28 im Verschlussdeckel 24 gegen die Umgebung nahezu druckdicht abgedichtet. Durch abwechselnde Beaufschlagung der Druckräume 15 beziehungsweise 26 kann das Stellglied 2 wahlweise in die eine oder andere Längsrichtung bewegt werden.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stellvorrichtung 29. Der Aufbau und Funktion der Stellvorrichtung 29 entsprechen im Wesentlichen der Stellvorrichtung 19 nach 2. Die Stellvorrichtung 29 weist im Unterschied zur Stellvorrichtung 19 nicht die Einheit 20 mit einem Kolben 10 und einer Führung 11 sondern eine Einheit 30 aus 2 Kolben 10 und einer Führung 11 auf. Die Führung 11 ist in Längsrichtung zwischen den beiden Kolben 10 ausgebildet. Die Führungen 11 und der Kolben 10 sind wiederum einteilig – einmaterialig. Die Gleitfläche für die Dichtungen 16 ist gleichzeitig Wälzkörperlaufbahn 18 für die Wälzkörper 13. Bei Druck Im Druckraum 15 ist die Kolbenfläche 27 am Kolben 10 beaufschlagt und bei Druck im Druckraum 26 ist die entgegengesetzt gerichtete Kolbenfläche 27 am anderen Kolben 10 beaufschlagt.
5 zeigt eine alternative Ausbildung einer Einheit 31 aus einem Kolben 32 und einer Linearführung 33 in Form einer Linearführung 33 mit unbegrenztem Hub. Die Einheit ist für den Einsatz einer nicht weiter dargestellten Stellvorrichtung, deren Aufbau jedoch im wesentlichen dem der zuvor beschriebenen Vorrichtungen entsprechen kann vorgesehen. Die Linearführung 33 ist umfangsseitig mit mehreren Umläufen 34 für den Umlauf jeweils einer Reihe 35 von Wälzkörpern 13. Jeder Umlauf 34 ist durch zwei zueinander parallele und in Längsrichtung ausgerichtete Führungsbahnen 36 gebildet. Die Führungsbahnen 36 gehen endseitig in U-bogenbahnen 37 über, so dass eine umlaufende Führungsbahn für die Wälzkörper 13 gebildet ist.
Der Kolben 32 weist eine einteilig mit dem Kolben 32 ausgebildete Dichtlippe 51 auf, die unmittelbar vom Rand des geschlossenen Kolbenbodens 52 radial nach außen aber radial nach innen elastisch nachgiebig absteht.
6 zeigt einen Längsschnitt durch eine Stellvorrichtung 38 und 7 einen Schnitt durch diese Stellvorrichtung 38 entlang der Linie VII-VII. Die Stellvorrichtung ist mindestens durch eine Schaltschiene 39, eine Schaltgabel 40 und eine Stelleinheit 41 gebildet. Die Stelleinheit 41 ist in einer Nabe 42 der Schaltgabel 40 angeordnet. Die Stelleinheit 41 ist aus einem Kolben 10 und aus Führungen 43 gebildet. Der Kolben 10 ist an der Schaltschiene 39 fest und in Längsrichtung zwischen den Führungen 43 angeordnet. Außerdem sind der Kolben 10 und die Führungen 43 starr miteinander verbunden oder alternativ miteinander einteilig – einmaterialig ausgebildet. Die Schaltschiene 39 ist relativ zur Nabe 42 längs unbeweglich. Die Nabe 42, die starr mit der Schaltgabel 40 verbunden ist, sitzt verschiebbar auf der Schaltschiene 39. Bei Druck in einem der Druckräume 44 oder 45 wird entweder die Druckfläche 46 oder die Druckfläche 47 beaufschlagt. Der mit Druck beaufschlagte jeweilige Druckraum 44 oder 45 vergrößert sich und die Nabe 42 wird in die eine oder andere Längsrichtung verschoben. Die Schaltgabel 40 ist dabei über die Nabe 42 mittels der Wälzkörper 13 wälzgelagert.

Die Führungen 43 sind Käfige für Linearlager mitbegrenztem Hub und umfangsseitig mit Taschen 48 versehen. Die Länge der Taschen 48 in Längsrichtung entspricht mindestens der Hälfte des maximalen Hubes, den die Nabe 42 auf der Schaltschiene 39 in Längsrichtung zurücklegen kann. Die Wälzkörper 13 sind in diesem Fall Kugeln 49, von denen jeweils eine in einer der Taschen 48 begrenzt längsbeweglich ist. Bezugszeichen

1	Stellvorrichtung	27	Kolbenfläche
2	Stellglied	28	Rollen
3	Schaltstange	29	Stellvorrichtung
4	Schaltgabel	30	Einheit
5	Druckeinheit	31	Einheit
6	Rückstelleinrichtung	32	Kolben
7	Linearlagerung	33	Linearführung
8	Linearwälzlager	34	Umlauf
9	Einheit	35	Reihe Wälzkörper
10	Kolben	36	Führungsbahn
11	Führung	37	U-bogenbahn
12	Außenring	38	Stellvorrichtung
13	Wälzkörper	39	Schaltschiene
14	Strömungsöffnung	40	Schaltgabel
15	Druckraum	41	Stelleinheit
16	Dichtung	42	Nabe
17	Boden	43	Führung
18	Wälzkörperlaufbahn	44	Druckraum
19	Stellvorrichtung	45	Druckraum
20	Einheit	46	Druckfläche
21	Außenring	47	Druckfläche
22	Strömungsöffnung	48	Taschen
23	Rand	49	Kugel
24	Verschlussdeckel	50	Tasche
25	Durchgangsöffnung	51	Dichtlippe
26	Druckraum	52	Kolbenboden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004053205 A1 [0004]
- DE 101587129 A1 [0005]
- DE 10215873 A1 [0006, 0008, 0009, 0009]

Claims

Druckmittelbetätigte Stellvorrichtung (1, 19, 29, 38) für ein linear bewegliches Stellglied (2), die Stellvorrichtung (1, 19, 29, 38) mit wenigstens einem durch Druckmittel beauschlagbaren Kolben (10) und mit einem Linearwälzlager (8) zur linearbeweglichen Lagerung der Stellglieder, wobei das Linearwälzlager (8) mindestens eine Führung (11, 33, 43) aufweist, in der Wälzkörper (13) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) und die Führung (11, 33, 43) starr miteinander verbunden sind.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) und die Führung (11, 33, 43) einmaterialig – einteilig miteinander ausgebildet sind.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) und die Führung (11, 33, 43) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (13) in zumindest einer Reihe in der Führung (33) in wenigstens einem Umlauf (34) wahlweise in eine Längsrichtung oder entgegengesetzte andere Längsrichtung zurück bewegbar sind.
Stellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlauf (34) zumindest aus zwei zueinander parallelen und in Längsrichtung zueinander verlaufenden Führungsbahnen (36) und zwei U-bogenbahnen (37) gebildet ist, wobei die Führungsbahnen (36) endseitig über die U-bogenbahnen verbunden sind.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (11, 43) ein Wälzlagerkäfig mit mehreren umfangsseitig verteilten Taschen (48, 50) ist, wobei in zumindest einigen der Taschen (48, 50) jeweils wenigstens ein Wälzkörper (13) angeordnet ist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) und die Führung (11, 33, 43) aus Kunststoff sind.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kolben (10) zusätzlich wenigstens eine Dichtung (16) fest ist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (13) der Linearwälzlagerung an einer Wälzkörperlaufbahn (18) eines Außenringes (12, 21) ablaufen, wobei die Wälzkörperlaufbahn (18) einen Druckraum (15, 26, 44, 45) für das den Kolben beaufschlagende Druckmittel zumindest teilweise begrenzt.