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Die Erfindung betrifft einen Verbundkolben mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Hydraulikkolben werden eingesetzt, um einen hydraulischen Druck in eine Betätigungskraft oder eine Kraft in einen Druck umzusetzen, einen hydraulischen Druck zu verstärken oder zu transformieren. Im Hydrauliköl kommt es im Betrieb zu Gasansammlungen, die sich im Druckraum sammeln und beispielsweise das Schaltverhalten von Kupplungen negativ beeinflussen können. Der Druckraum muss daher entlüftet werden.
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In der Druckschrift
DE 103 08 216 A1 werden beispielsweise Leckagekanäle vorgeschlagen, die im Dichtungselement und/oder im Träger eines Verbundkolbens integriert sind. Dies bedeutet nicht nur einen erhöhten Aufwand im Herstellungsprozess insbesondere aufgrund zusätzlicher Bohrungen im Dichtelement und/oder Träger, sondern es herrscht auch eine permanente Ölleckage, die unter Umständen einen zusätzlichen Förderstrom der Ölpumpe und damit Antriebsarbeit erforderlich machen kann. Insbesondere dann, wenn die Drücke im Druckraum besonders hoch sind, wird verstärkt Hydrauliköl aus dem Druckraum herausgepresst.
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Eine alternative Möglichkeit zur Entlüftung ist das Einbauen von Entlüftungsventilen. Zum Einbau dieser zusätzlichen Ventile ist ein erhöhter Montageaufwand nötig, der, neben den zusätzlichen Extrakosten für das Entlüftungsventil selbst, die Kosten für das Gesamtsystem anhebt.
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Das Patent
DE 10 2007 024 522 B8 betrifft einen Hydraulikkolben mit einem translatorisch abdichtenden, umlaufenden Dichtungselement aus einem elastomeren Material, welches an den Hydraulikkolben angespritzt ist. Zur Entlüftung des Druckraums sind in dem Dichtelement Leckageausnehmungen oder -kanäle vorgesehen, über die Luft und/oder Hydrauliköl aus dem Druckraum kontrolliert in den Raum zwischen Dichtungselement und den umgebenden Zylinder strömen kann. Auch hier findet jedoch eine permanente Ölleckage statt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen einfach aufgebauten Verbundkolben zu schaffen, bei dem die Ölleckage verringert oder vermieden werden kann.
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Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und den zugehörigen Beschreibungen und der Zeichnung zu entnehmen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verbundkolben vorgeschlagen, der zur translatorischen Bewegung in einem Zylinder eingerichtet ist, mit einem Träger und einem am Umfang des Trägers angebundenen Dichtelement mit einer Dichtlippe aus einem Polymermaterial zur Abdichtung eines Druckraums, wobei die Dichtlippe mindestens einen Leckagekanal aufweist, durch welchen Medium aus dem Druckraum in einen Zwischenraum am Umfang des Verbundkolbens strömen kann, und die Dichtlippe bei einem Druckanstieg im Druckraum zu einer elastischen Verformung eingerichtet ist, die bewirkt, dass der mindestens eine Leckagekanal mindestens teilweise verschließt.
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Ein erfindungsgemäßer Verbundkolben bietet einerseits die Möglichkeit zur Entlüftung durch eine eingebaute Leckage, sie weist darüber hinaus zusätzlich aber noch eine Verschlussfunktionalität auf, durch die bei höheren Drücken im Druckraum die Leckage vermindert oder im Wesentlichen vollständig unterbunden werden kann.
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Dadurch bietet ein erfindungsgemäßer Verbundkolben Vorteile, wie bspw. die Möglichkeit zur Entlüftung des Druckraums oder die damit verbundene bessere Schmierung der Gleitführung und der Radialdichtung. Erreicht wird dies durch die Leckagekanäle, da durch sie auch Hydrauliköl in den Zwischenraum am Umfang des Verbundkolbens strömen kann. Durch diese Schmierung kann eine höhere Lebensdauer der betreffenden Bauteile und damit des gesamten Systems, bspw. eines Schaltgetriebes erreicht werden.
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Darüber treten bei einem erfindungsgemäßen Verbundkolben die Nachteile von Verbundkolben mit permanenter Leckagemöglichkeit nicht auf, da die Leckagekanäle sich durch eine elastische Verformung, ausgelöst von einer Druckerhöhung im Druckraum, verschließen. So kann die permanente Ölleckage, die unter Umständen einen zusätzlichen Förderstrom der Ölpumpe und damit Antriebsarbeit erforderlich machen kann (was insbesondere dann auftritt, wenn die Drücke im Druckraum besonders hoch sind), vermindert, oder völlig unterbunden werden. Vorzugsweise verschließt mindestens ein Leckagekanal, wenn der Druck im Druckraum 10% des Betriebsdruckes überschreitet.
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Vorzugsweise verformt sich die Dichtlippe bei einem Druckabfall im Druckraum elastisch so, dass der mindestens eine Leckagekanal mindestens teilweise öffnet. So wird die Leckage und die damit verbundene Entlüftungsmöglichkeit des Druckraums automatisch wiederhergestellt, wenn ein entsprechender Druckabfall im Druckraum auftritt. Vorzugsweise öffnet mindestens ein Leckagekanal, wenn der Druck im Druckraum 10% des Betriebsdruckes unterschreitet.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform deformiert sich das Dichtelement durch einen Druckanstieg im Druckraum in radialer und axialer Richtung so, dass sich Bereiche der Dichtlippe, die keine Leckagekanäle aufweisen, an eine Zylinderinnenfläche andrücken. Durch das Andrücken von Bereichen der Dichtlippe, die keine Leckagekanäle aufweisen, kann technische Dichtheit hergestellt werden und durch die Leckagekanäle kann kein Medium aus dem Druckraum austreten.
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Vorzugsweise ist ein Profil am Außenumfang der Dichtlippe im Kontaktbereich zu dem Zylinder angeordnet, welches mindestens einen Leckagekanal umfasst. Der mindestens eine Leckagekanal des Profils verläuft dabei vorzugsweise in axialer Richtung und wird an einer Seite durch die Zylinderinnenfläche begrenzt. Das Profil kann auf besonders einfache Weise auf dem Umfang der Dichtlippe erzeugt werden. Bspw. kann es schon mit dem Anspritzen des Dichtelements an den Träger (bspw. einen Hydraulikkolben) erzeugt werden, oder auch im Nachhinein können in besonders einfacher Weise nutartige Ausnehmungen in der Dichtlippe zur Erzeugung der Leckagekanäle vorgenommen werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert. In den Figuren ist im Einzelnen zu erkennen:
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1: Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbundkolbens bei niedrigem Druck;
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2: Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbundkolbens bei hohem Druck;
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3: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dichtlippe mit Profil bei niedrigem Druck;
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4: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dichtlippe mit Profil bei hohem Druck;
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5: Schnittansicht einer Dichtlippe mit umfangsseitig angeordneten Leckagekanälen.
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In den 1 bis 4 ist ein Träger 2 zu erkennen, der an seinem Außenumfang umlaufend von einem Dichtelement 1 umgeben ist, um einen Verbundkolben 9 zu bilden. Der Verbundkolben 9 kann beispielsweise ein Stellkolben in einem automatisierten Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug sein. Eingesetzt werden derartige Verbundkolben im Allgemeinen beispielsweise bei Brems- und Kupplungssystemen.
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Das Dichtelement 1, das vorzugsweise aus einem elastomeren Material, insbesondere Gummi, einschließlich thermoplastischem Elastomer besteht und bevorzugt an den Träger 2 angespritzt oder anvulkanisiert ist, bildet zusammen mit dem Träger 2 einen Verbundkolben 9.
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Das Dichtelement 1 dient zur translatorischen Abdichtung des Verbundkolbens 9, der in einem Zylinder 5 angeordnet ist, wobei der Träger 2 in manchen Fällen auch um seine eigene Achse drehbar sein kann und das Dichtelement 1 so radial abdichtet.
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Der abzudichtende Druckraum 7 ist dabei der Stirnseite des Verbundkolbens 9 zugeordnet. Zur Dichtung weist das Dichtelement 1 eine Dichtlippe 3 auf, die an der Zylinderinnenseite 6 über ihren Außenumfang in einem Kontaktbereich dichtend zur Anlage kommt.
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Die Dichtlippe 3 weist erfindungsgemäß in dem Kontaktbereich einen oder mehrere Leckagekanäle 4 auf, durch die bei geringem Druck im Druckraum 7, bevorzugt weniger als 10% des Betriebsdruckes, Luft und/oder Hydrauliköl in den Zwischenraum 8 am Umfang des Verbundkolbens 9 strömen kann. Bei der in der 3, 4 und 5 dargestellten, bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Leckagekanäle 4 als offene Kanäle (die offene Seite ist dem Zylinder 5 zugeordnet) direkt zwischen Dichtlippe 3 und Zylinderinnenfläche 6. Es kann dabei vorzugsweise nur ein Leckagekanal 4 vorgesehen werden oder in anderen bevorzugten Fällen mehrere Leckagekanäle 4, die weiter bevorzugt äquidistant über den Umfang der Dichtlippe 3 angeordnet sein können.
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In einer anderen bevorzugten Variante sind die ein oder mehreren Leckagekanäle 4 nicht auf dem Außenumfang der Dichtlippe 3 angeordnet, sondern verlaufen als geschlossene Leckagekanäle 4 durch die Dichtlippe 3 hindurch, bspw. bohrlochartig, wie in der 1 und 2 dargestellt.
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Bei hohem Druck, bevorzugt mehr als beispielsweise 10% des Betriebsdruckes im Druckraum 7, kann kein Medium mehr aus dem Druckraum 7 durch die Leckagekanäle in den Zwischenraum 8 gelangen. Dieser Zustand ist in der 2 und 4 dargestellt. Erreicht wird dieser Zustand dadurch, dass sich durch den hohen Druck im Druckraum 7 die Dichtlippe 3 elastisch verformt und sich die Leckagekanäle 4 verschließen. Dies geschieht bevorzugt dadurch, dass das Dichtelement 1 durch einen Druckanstieg im Druckraum 7 eine Deformation in radialer und axialer Richtung erfährt, welches die Dichtkraft erhöht, zusätzlich die Bereiche der Dichtlippe 3, die keine Leckagekanäle 4 aufweisen, an die Zylinderinnenfläche 6 gedrückt werden und so technische Dichtheit erreicht werden kann. Da im Betrieb Drücke von 40 bar oder mehr erreicht werden können, ist es vorteilhaft, wenn keine Leckage aus dem Druckraum 7 mehr erfolgen kann, da bei hohen Drücken ungewollt viel Öl austreten kann.
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Im Allgemeinen liegen die zuvor geschilderten Druckschaltpunkte, bei denen die Leckagekanäle 4 verschließen und/oder öffnen, im Bereich von 2 bis 10 bar, vorzugsweise von 2 bis 5 bar.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Leckagekanäle 4 ist das Anordnen mehrerer Leckagekanäle 4 auf dem Außenumfang der Dichtlippe 3. Vorzugsweise weisen die Leckagekanäle 4 einen rechteckigen Querschnitt auf und sind bevorzugt äquidistant verteilt über den Außenumfang der Dichtlippe 3 angeordnet. Eine solche Geometrie und Anordnung ist in der 5 dargestellt.
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Vorzugsweise weist mindestens ein Leckagekanal 4 eine Tiefe t auf, die bevorzugt größer als 0,1 mm und weiter bevorzugt kleiner als 0,5 mm ist und/oder eine Breite b, die bevorzugt größer als 0,2 mm und weiter bevorzugt kleiner als 1 mm ist. Diese Geometrie des Leckagekanals 4 oder der Leckagekanäle 4 ist besonders bevorzugt, da so der Ölvolumenstrom aus dem Druckraum 7 nicht übermäßig groß ist, trotzdem aber eine ausreichende Leckage bzw. Entlüftung möglich ist. Vorzugsweise ist der Strömungsquerschnitt mindestens eines Leckagekanals 4 dazu mindestens 0,02 mm2 groß und weiter bevorzugt kleiner als 0,5 mm2. Werden mehrere Leckagekanäle 4 vorgesehen, weisen besonders bevorzugt alle Leckagekanäle 4 einen Strömungsquerschnitt mit diesen Eigenschaften auf.
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Durch einen erfindungsgemäßen Verbundkolben 9 kann das Schaltverhalten von Automatikgetrieben verbessert werden, da einerseits der Druckraum 7 entlüftet werden kann, andererseits die Nachteile einer permanenten Ölleckage aus dem Druckraum 7, insbesondere bei hohen Betriebdrücken, vermieden werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dichtelement
- 2
- Träger
- 3
- Dichtlippe
- 4
- Leckagekanal
- 5
- Zylinder
- 6
- Zylinderinnenfläche
- 7
- Druckraum
- 8
- Zwischenraum
- 9
- Verbundkolben
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10308216 A1 [0003]
- DE 102007024522 B8 [0005]
