DE102010022505A1

DE102010022505A1 - Hydraulikzylinder für ein Kupplungs- oder Bremsbetätigungssystem

Info

Publication number: DE102010022505A1
Application number: DE102010022505A
Authority: DE
Inventors: Markus Dietrich
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2010-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder für ein Kupplungs- oder Bremsbetätigungssystem mit einem in einem Gehäuse verlagerbaren Kolben und einem Wegmesssystem zur Erfassung des Kolbenwegs bestehend aus einem im Kolben untergebrachten Informationsgeber und einer gegenüber dem Gehäuse fest angeordneten Detektionseinheit. Um Messfehler des Wegmesssystems infolge eines Spiels des Informationsgebers gegenüber dem Kolben und eine Korrosion des Informationsgebers durch das Druckmedium zu vermeiden, wird vorgeschlagen, den Informationsgeber auf einem in eine zentrale Öffnung des Kolbens eingebrachten Träger im Kolben gekapselt sowie radial und axial gegenüber dem Kolben fixiert in der zentralen Öffnung unterzubringen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder für ein Kupplungs- oder Bremsbetätigungssystem mit einem in einem Gehäuse verlagerbaren Kolben und einem Wegmesssystem zur Erfassung des Kolbenwegs, bestehend aus einem im Kolben untergebrachten Informationsgeber und einer gegenüber dem Gehäuse fest angeordneten Detektionseinheit.
Hydrostatische Kupplungs- beziehungsweise Bremsbetätigungssysteme sind zumindest aus einem automatisiert oder vom Fahrer eines Kraftfahrzeugs mittels eines Pedals betätigten Geberzylinder und einem mittels einer Druckleitung mit diesem verbundenen Nehmerzylinder ausgestattet. Der bei Betätigung des Geberzylinders mittels eines in dessen Gehäuse axial verlagerbar eingebrachten Kolbens aufgebaute Druck wird auf den Nehmerzylinder übertragen, so dass in diesem ein Kolben verlagert wird, der durch seine Axialbewegung eine Reibungskupplung oder eine Bremse betätigt. Derartige Hydraulikzylinder – Nehmerzylinder oder Geberzylinder – können mit einem Sensorsystem zur Erfassung des Kolbenwegs ausgestattet werden, um beispielsweise Rückschlüsse auf den Systemdruck, Kupplungsposition, ordnungsgemäße Funktion oder dergleichen zu ziehen.
Hierzu wird an dem Kolben ein Informationsgeber, beispielsweise in Form eines Magneten befestigt und dessen Position von einer Detektionseinheit, beispielsweise einem Magnetfeldsensor erfasst. Dabei hat sich gezeigt, dass an dem Kolben angeordnete Magnete von dem Druckmedium, beispielsweise Bremsflüssigkeit, angegriffen werden und korrodieren. Es wird daher in der DE 10 2006 050 525 A1 ein Geberzylinder für ein Kupplungsbetätigungssystem vorgeschlagen, bei dem der Magnet in den Kolben eingespritzt ist. Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Magneten und des Kunststoffmaterials des Kolbens können Risse in der Kolbenlauffläche auftreten, die den Geberzylinder unbrauchbar machen. Weiterhin ist der Einspritzvorgang des Magneten aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Hydraulikzylinder vorzuschlagen, der einen Kolben mit einem in einfacher Weise korrosionsgeschützten Informationsgeber enthält.
Die Aufgabe wird durch einen Hydraulikzylinder für ein Kupplungs- oder Bremsbetätigungssystem mit einem in einem Gehäuse verlagerbaren Kolben und einem Wegmesssystem zur Erfassung des Kolbenwegs bestehend aus einem im Kolben untergebrachten Informationsge ber und einer gegenüber dem Gehäuse fest angeordneten Detektionseinheit gelöst, wobei der Informationsgeber auf einem in eine zentrale Öffnung des Kolbens eingebrachten Träger aufgebracht und in der Öffnung gekapselt sowie radial und axial gegenüber dem Kolben fixiert aufgenommen ist. Bei dem Hydraulikzylinder kann es sich um einen Geber- oder Nehmerzylinder handeln. Das Wegmesssystem ist bevorzugt aus einem Informationsgeber bestehend aus einem Magneten, beispielsweise einem Ringmagneten und einer Detektionseinheit in Form eines Magnetsensors gebildet, der an dem Gehäuse des Hydraulikzylinders oder einem umgebenden, zu diesem fest angeordneten Bauteil angeordnet ist. Der Kolben kann aus Metall oder vorzugsweise aus einem mittels eines Spritzgießverfahrens vorzugsweise werkzeugfallend geformten Kunststoff sein. In gleicher Weise kann der Träger aus Kunststoff gespritzt sein. Der Träger kann in der zentralen Öffnung des Kolbens verpresst, verrastet oder in ähnlicher Weise befestigt sein.
Durch die Kapselung des Informationsgebers zwischen dem Träger und dem Kolben in dessen zentraler Öffnung werden vorteilhafterweise Spannungen vermieden. Der Kolben kann aus für die Eigenschaften des Kolbens angepasstem Material hergestellt werden, während der Träger bezüglich seines Materials auf die Aufnahme des Informationsgebers abgestimmt werden kann. Durch die Kapselung des Informationsgebers kann auf eine aufwendige Beschichtung gegen Korrosion verzichtet werden. Durch die Zweiteilung von Kolben und Träger können weiterhin die notwendigen, durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bedingten Dehnspalte zwischen Kolben und Informationsgeber einerseits und dem Informationsgeber und dem Träger andererseits eingestellt werden, so dass spannungsbedingte Risse im Kolben vermieden werden können.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, den Informationsgeber gegenüber dem Kolben zentriert axial zu fixieren, so dass der Kolben um die eigene Achse verdrehbar ausgestaltet werden kann, ohne das vom Magnetfeldsensor erfasste Magnetfeld zu ändern und damit Messfehler zu provozieren. Soll der Informationsgeber beispielsweise aus fertigungstechnischen Gründen nicht zentrierbar gegenüber dem Kolben ausgeführt werden, kann in diesem Fall der Kolben gegenüber dem Gehäuse eine Verdrehsicherung aufweisen.
Der Informationsgeber ist in vorteilhafter Weise auf dem Träger bereits vorpositioniert. Hierzu kann der Informationsgeber in den Träger zumindest teilweise eingespritzt sein, so dass bei einer zentrierten Aufnahme auf den Träger lediglich der Träger noch gegenüber dem Kolben zu zentrieren ist. Weiterhin kann in vorteilhafter Weise eine vollständige Umspritzung mit den damit verbundenen Fertigungsschwierigkeiten vermieden werden, indem der Träger gegenüber dem Kolben abgedichtet wird.
Zur Kapselung des Informationsträgers gegenüber dem mit Druckmittel befüllten Druckraum des Hydraulikzylinders ist der Träger gegenüber dem Kolben abgedichtet. Hierzu kann zwischen der Innenfläche der zentralen Öffnung und der Außenfläche des vorzugsweise runden Trägers eine Dichtung, beispielsweise ein O-Ring, ein Flachdichtring oder dergleichen vorgesehen sein. Alternativ hierzu kann an dem Träger bereits eine umlaufende Dichtung, beispielsweise eine Dichtlippe angespritzt sein. Eine auf diese Weise erstellte Dichtung kann aus einem weicheren Material gebildet sein und mittels einer Herstellung des Trägers in einem Zweikomponentenspritzgussverfahren gebildet werden.
Die axiale und radiale Fixierung des Informationsträgers gegenüber dem Kolben kann mittels einer sich axial zwischen Kolben und Träger abstützenden elastischen Kunststoffscheibe gegenüber dem Kolben fixiert sein. Dabei kann bereits ein axiales Verspannen der Kunststoffscheibe während des Einbringens des Trägers in die zentrale Öffnung des Kolbens bereits eine ausreichende Fixierung in radiale Richtung durch Aufbau einer entsprechenden Reibung bewirken. Alternativ kann die elastische Kunststoffscheibe auch eine Zentrierung in Verbindung mit einer radialen Fixierung vorsehen. Hierzu kann der Kunststoffring an einer Innenfläche der Öffnung zentriert sein und eine Stirnfläche mit einer Phase aufweisen, an der der Informationsgeber zentriert ist. Hierbei weist der Informationsgeber eine entsprechende zu dieser komplementäre Gegenphase auf.
Entsprechend der Vorsehung einer Dichtung an dem Träger kann alternativ oder zusätzlich der Kunststoffring in einem Zweikomponentenspritzverfahren an den Träger angespritzt sein, so dass weniger Bauteile zu verwalten sind.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Schnitt durch einen schematischen Kolben eines erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders,
2 ein Detail des Kolbens der 1 mit mehreren gleichzeitig dargestellten Dichtungsformen,
3 ein Schema eines Ausschnitts eines Kolbens zur Darstellung einer möglichen Fixierung des Informationsgebers mittels eines elastischen Kunststoffrings,
4 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Fixierung des Informationsgebers
5 ein Ausführungsbeispiel zur Zentrierung des Informationsgebers an dem Kolben mittels eines Kunststoffrings.
1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Kolben 1, wie er beispielsweise für einen Geberzylinder wie in der DE 10 2006 050 525 A1 offenbart oder einen Nehmerzylinder eines Kupplungs- oder Bremsbetätigungssystems einsetzbar ist. Der Kolben 1 besitzt eine zentrale Öffnung 2, in die der Träger 3 vollständig eingebracht ist. Der Träger 3 weist einen Zapfen 4 mit dem Außenprofil 5 auf, das mit dem in der Öffnung 2 axial erweiterten Sackloch 6 nach dem Einpressen einen Reibschluss bildet. An dem Träger 3 ist ein Absatz 7 vorgesehen, an dem der ringförmige Informationsgeber 9 in Form des Magneten 8 aufgenommen ist. Der Außenumfang 10 des Trägers 3 ist gegenüber dem Innenumfang 11 der Öffnung 2 mittels der Dichtung 12 abgedichtet, so dass der Informationsgeber 9 vollständig gegenüber dem außerhalb des Kolbens 1 befindlichen Druckmittel gekapselt ist. Die Dichtung 12 ist auf die im Druckraum des Hydraulikzylinders herrschenden Drücke abgestimmt. Der Träger 3 liegt zur Vermeidung von Druckhysterese an dem Kolben 1 an. Der Informationsgeber 9 ist in hier nicht dargestellter Weise gegenüber dem Träger 3, beziehungsweise dem Kolben 1, axial und radial fixiert, um eine Relativbewegung gegenüber dem Kolben 1 und damit verfälschte Messwerte zu verhindern.
2 zeigt schematisch und im Detail den Kolben 1 mit nebeneinander dargestellten Dichtmöglichkeiten des Trägers 3 gegenüber dem Kolben 1, wobei lediglich eine dieser Dichtmöglichkeiten in entsprechend ausgestalteten Ausführungsbeispielen ausreichend sein kann. Die Dichtung 12 ist als O-Ring ausgestaltet, die Dichtung 12a stellt eine Feststoffdichtung dar. Die Dichtung 12b ist in den Träger 3 integriert, beispielsweise an diesem angespritzt, wobei diese zur Verbesserung der Dichteigenschaften aus weicherem Material in einem Zweikomponentenspritzgussverfahren gebildet sein kann.
3 zeigt ausschnittsweise und schematisch den Kolben 1 mit dem Träger 3, bei dem der Informationsgeber 9 mittels des elastischen Kunststoffrings 13 axial und radial gegenüber dem Kolben 1 fixiert ist. Der Kunststoffring 13 stützt sich dabei axial an dem Träger 3 und radial an dem Innenumfang 11 der Öffnung 2 ab. Der Kunststoffring 13 kann einteilig mit dem Träger 3 durch Anspritzen einer bevorzugt weicheren Komponente ausgebildet sein.
4 zeigt ausschnittsweise und schematisch ein gegenüber der 3 geändertes Ausführungsbeispiel einer Fixierung des Informationsgebers 9. Hierbei ist ein elastischer Kunststoffring 13a am Innenumfang 11 der Öffnung 2 des Kolbens 1 angeordnet, der den Informationsgeber 9 radial gegen den Träger 3 verspannt und axial zwischen der Stirnseite 14 der Öffnung 2 und dem Informationsgeber 9 angeordnet ist und damit diesen axial gegen den Träger verspannt.
5 zeigt ausschnittsweise und schematisch den Kolben 1 mit dem auf diesem zentrierten Informationsgeber 9a, der an seinem Außenumfang die Gegenphase 15 aufweist, in die die komplementär zu dieser ausgebildete Phase 16 des Kunststoffrings 13b eingreift. Der Kunststoffring 13b ist am Innenumfang 11 der Öffnung 2 zentriert und zentriert seinerseits über Phase 16 den Informationsgeber 9a. Der Kunststoffring 13b ist axial zwischen dem Informationsträger 9a und dem Träger 3 eingelegt und verspannt den Informationsgeber 9a gegen die Stirnseite der Öffnung 2. Der Kunststoffring 13b kann einteilig mit dem Träger 3 durch Anspritzen einer bevorzugt weicheren Komponente ausgebildet sein. Diese weichere Komponente kann evtl. auch die Dichtfunktion der hier separat eingezeichneten Dichtung übernehmen und somit die Dichtung entfallen lassen.

1: Kolben
2: Öffnung
3: Träger
4: Zapfen
5: Außenprofil
6: Sackloch
7: Absatz
8: Magnet
9: Informationsgeber
9a: Informationsgeber
10: Außenumfang
11: Innenumfang
12: Dichtung
12a: Dichtung
12b: Dichtung
13: Kunststoffring
13a: Kunststoffring
13b: Kunststoffring
14: Stirnseite
15: Gegenphase
16: Phase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006050525 A1 [0003, 0018]

Claims

Hydraulikzylinder für ein Kupplungs- oder Bremsbetätigungssystem mit einem in einem Gehäuse verlagerbaren Kolben (1) und einem Wegmesssystem zur Erfassung des Kolbenwegs bestehend aus einem im Kolben (1) untergebrachten Informationsgeber (9, 9a) und einer gegenüber dem Gehäuse fest angeordneten Detektionseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsgeber (9, 9a) auf einem in eine zentrale Öffnung (2) des Kolbens (1) eingebrachten Träger (3) aufgebracht und in der Öffnung (2) gekapselt sowie radial und axial gegenüber dem Kolben (1) fixiert aufgenommen ist.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsgeber (9, 9a) gegenüber dem Kolben (1) zentriert ist.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsgeber (9) in den Träger (3) zumindest teilweise eingespritzt ist.
Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) gegenüber dem Kolben (1) abgedichtet ist.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (12) zwischen Träger (3) und Kolben (1) angeordnet und eine am Träger (3) angespritzte Dichtung (12b) vorgesehen ist.
Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsgeber (9, 9a) mittels eines sich axial zwischen Kolben (1) und Träger (3) abstützenden elastischen Kunststoffrings (13, 13a, 13b) gegenüber dem Kolben (1) fixiert ist.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsgeber (9a) mittels des Kunststoffrings (13b) axial fixiert und zentriert ist.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsgeber (9) mittels des Kunststoffrings (13, 13a) lediglich axial gesichert und der Kolben verdrehgesichert ist.
Hydraulikzylinder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffring (13b) am Innenumfang (11) der Öffnung (2) zentriert und eine Stirnfläche mit einer Phase (16) aufweist, an der der Informationsgeber (9a) zentriert ist.
Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffring (13, 13b) in einem Zweikomponentenspritzverfahren an den Träger (3) angespritzt ist. 1.