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Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder in einer hydraulischen Strecke für eine Kupplungs- oder Bremsbetätigung eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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In einer hydraulischen Strecke zur Kupplungsbetätigung eines Kraftfahrzeuges ist unter anderem ein Geberzylinder vorhanden, der an einen mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Ausgleichsbehälter angeschlossen ist. Dieser Geberzylinder besteht aus einem hohizylinderförmigen Gehäuse, in dessen Innerem ein Kolben axial verlagerbar geführt ist. Der Kolben begrenzt im Gehäuseinneren eine Druckkammer und kann mittels eines Kupplungspedals oder eines elektromotorischen Antriebs mechanisch mit einer Betätigungskraft beaufschlagt werden. Die Druckkammer des Geberzylinders ist über eine Druckleitung mit einer Druckkammer eines Nehmerzylinders hydraulisch verbunden, so dass der durch Niederdrücken des Kupplungspedals oder durch eine elektromotorische Verschiebung des Kolbens in der Druckkammer des Geberzylinders erzeugte Druck über die Flüssigkeitssäule in der Druckleitung auf die Druckkammer des Nehmerzylinders übertragen wird. Der Nehmerzylinder weist ebenfalls ein Gehäuse mit einer Längsbohrung auf, in der ein die Druckkammer des Nehmerzylinders begrenzender und somit mit dem im Geberzylinder erzeugten Druck beaufschlagbarer Kolben längsverschieblich geführt ist. Dem Kolben des Nehmerzylinders ist eine Kolbenstange zugeordnet, die an einem Kupplungshebel zur Betätigung eines Ausrücklagers einer Kupplung angreift.
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In der
EP 0 295 395 A1 wird ein Geberzylinder mit diesem Aufbau beschrieben, dessen hier als Längsbohrung bezeichneter Innenraum mittels dreier unterschiedlicher Dichtelemente nach außen hin abgedichtet wird. So wird in dessen Längsbohrung ein Druckraum durch einen von einer Betätigungsstange verschiebbaren Kolben begrenzt, der gegenüber der Längsbohrung mittels einer Primärdichtmanschette abgedichtet ist, die in Lösestellung eine Verbindung zwischen dem Druckraum und einem Nachlaufraum ermöglicht. Außerdem dient ein den Kolben außerhalb des Gehäuses abdeckender und an der Betätigungsstange befestigter Balg als Schutz vor dem Eindringen von Schmutz in die Längsbohrung. Weiterhin wird diese noch radial nach außen hin mittels einer Sekundärdichtung abgedichtet.
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Ebenso wie die Längsbohrung des Geberzylinders muss zur möglichst verlustfreien Übertragung einer Druckkraft auch die den Druckraum bildende Längsbohrung des Nehmerzylinders nach außen hin abgedichtet werden.
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In der
DE 103 41 470 A1 wird ein Nehmerzylinder beschrieben, dessen Kolben und Kolbenstange aus einem Bauteil gebildet werden. Der Druckraum wird durch ein stirnseitig am Kolben angebrachtes Dichtelement abgedichtet. Nach außen werden die beweglichen Teile des Nehmerzylinders gegenüber der Umgebung durch einen umfangsseitig am Gehäuse verankerten Faltenbalg geschützt.
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Bedingt durch die Axialbewegung dieses Kolbens im Hydraulikzylinder und damit der am Kolben angeordneten, als Primär-Dichtmanschette ausgebildeten Dichtung, wird deren Lebensdauer und die der bei dieser Bewegung kontaktierten Sekundär-Dichtung durch deren Schleiß verringert. Außerdem entstehen bei der Kolbenbewegung durch die Reibung der Dichtung an der Innenwand der Längsbohrung des Gehäuses Riefen auf der Oberfläche des aus Kunststoff hergestellten Kolbens, die zur Herabsetzung der Dichtwirkung führen. Der außen liegende, die bewegliche Kolbenstange des Hydraulikzylinders nach außen schützende Gummibalg verdrängt eine Menge Luft, die bei jeder Kupplungsbetätigung ausgetauscht werden muss, was einer hermetischen Abdichtung entgegensteht. Außerdem benötigt dieser außen liegende Gummibalg einen erheblichen Platzbedarf.
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Weiter ist aus der
DE 10 2008 058 704 A1 ein Hydraulikzylinder bekannt, der aus einem hohlzylinderförmigen Gehäuse besteht, in dessen Innenraum ein aus Teillängen zusammengesetztes Bauteil axial verlagerbar geführt ist. Dieses Bauteil vereinigt wie in
DE 103 41 470 A1 die Funktionen Kolben und Kolbenstange. Bei der Verlagerung dieses Bauteils verbleiben mindestens dessen erste beiden Teillängen im Inneren des Gehäuses. Die Dichtlippe eines in die Mantelfläche der ersten Teillänge des Bauteils eingesetzten Dichtelements liegt dabei zur Abdichtung des Druckraumes an der Innenwand des Gehäuses an. Die Abdichtung der zweiten mit Hydraulikflüssigkeit angefüllten Teillänge des Bauteils und damit eine Teillänge des als Kolbenstange fungierenden Bereiches des Bauteils gegenüber dem Gehäuse, wird von einem diese Teillänge umhüllenden Balg übernommen.
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Durch diese konstruktive Lösung kann einerseits eine ins Gehäuse eingesetzte Sekundärdichtung entfallen und außerdem wird kein Bauraum zur Umhüllung der aus dieser herausragenden Teillänge der Kolbenstange benötigt. Bei dieser Art der Abdichtung müssen auch, im Gegensatz zur üblicherweise verwendeten Sekundärdichtung, keine Toleranzen und keine Oberflächenbeschaffenheit beachtet werden.
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Diese Lösung für einen Geberzylinder zeichnet sich dadurch aus, dass der Geberzylinder kostengünstig hergestellt werden kann, bei einem optimalen Schutz gegen Schmutz für die Sekundärdichtung. Allerdings wird bei einer Erstbefüllung das Fluid unter großem Druck in die hydraulische Strecke gedrückt. Bei diesem hohen Druck steigt auch der Innendruck des Balges, so dass die Gefahr einer Beschädigung des Balges besteht, wodurch es zum Austritt von Leckage kommen kann.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diesen Hydraulikzylinder derart weiter zu entwickeln, dass ein Unterdrucksetzen des Balges bei einer Erstbefüllung des hydraulischen Systems vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird mit einem Hydraulikzylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Demnach besteht der Hydraulikzylinder aus einem hohlzylinderförmigen Gehäuse, das einen zu einem Primärraum abgewinkelten Sekundärraum aufweist. Im Primärraum wird ein Bauteil axial verlagerbar geführt, das primärraumseitig mit einem Dichtelement versehen ist, über welches eine Abdichtung des Primärraums gegenüber dem Sekundärraum realisierbar ist. Der Teil des Bauteils, der in dessen unbetätigter Entstellung den Primärraum einnimmt und gleichzeitig diesen begrenzt, wird von einer als Balg ausgeführten Sekundärdichtung gegenüber dem Gehäuse abgedichtet. Dadurch, dass eine vom Sekundärraum ausgehende, vor der Stirnfläche des sich in unbetätigter Entstellung befindenden Bauteils in den Primärraum mündende Bohrung vorgesehen ist, bleibt bei einer Erstbefüllung des hydraulischen Systems und im betätigten Zustand des sowohl als Kolben als auch als Kolbenstange fungierenden Bauteils der Raum innerhalb des Balges drucklos, wodurch Leckage vermieden und dessen Lebensdauer erhöht wird.
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Somit ist es vorteilhaft, dass im betätigten Zustand des Bauteils der Raum innerhalb des Balges über die Bohrung mit Hydraulikfluid befüllbar ist und im unbetätigten Zustand des Bauteils zum Nachlaufen von Hydraulikfluid aus einem Nachlaufbehälter und zur Entlüftung des hydraulischen Systems Primärraum und Sekundärraum über die Bohrung miteinander verbunden sind.
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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 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder;
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2 die Ansicht A-A des Hydraulikzylinders aus 1.
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Aus dem Schnitt des in 1 dargestellten Hydraulikzylinders 1, der in diesem Beispiel als Geberzylinder ausgeführt ist, geht hervor, dass dieser aus einem aus Kunststoff hergestellten Gehäuse 2 besteht, das aus zwei hohlzylinderförmigen Grundkörpern gebildet wird, wobei der linke Grundkörper als Führungsteil 2.1 und der rechte Grundkörper als Schweißring 2.2 ausgebildet ist. An dem Führungsteil 2.1 sind in axialer Richtung über den Umfang verteilt mehrere Stege 2.1a gleicher Länge, in diesem Beispiel sind es vier Stege 2.1a, angespritzt, die im Innern zum Führungsteil 2.1 eine Stufe 2.1b bilden. Im Bereich des Führungsteils 2.1, kurz vor der Stufe 2.1b, mündet in diese eine Bohrung 7, die sich zu einem Sekundärraum 6 eines Anschlussstutzens erweitert, und im Bereich der Stufe 2.1b als Schnüffelbohrung fungiert. Über diesen Anschlussstutzen ist der Geberzylinder 1 mit einem nicht dargestellten Hydraulikbehälter verbunden. In das Führungsteil 2.1 ist weiterhin endseitig ein Stutzen für einen Hydraulikanschluss zur Übertragung eines aufgebauten Druckes an nachfolgende Bauteile innerhalb der hydraulischen Strecke angegossen. In die von den Stegen 2.1a gebildete Öffnung ist der Schweißring 2.2 eingesetzt, der endseitig einen Boden 2.2a aufweist, in dem eine zentrische Aussparung 2.2b zur Aufnahme einer Kolbenstange 4 eingebracht ist. Die Verbindung zwischen Führungsteil 2.1 und Schweißring 2.2 ist beispielsweise mittels mehrerer am Schweißring 2.2 befindlicher Schnapphaken herstellbar, die mit den Stegen 2.1a des Führungsteils 2.1 verrasten. Für die Herstellung der Verbindung liegt der Schweißring 2.2 mit seinem Bund 4.1 an der von den Stegen 2.1a erzeugten Stirnfläche an. Der Durchmesser des Bundes 4.1 fluchtet dabei mit dem Außendurchmesser der Stege 2.1a. Im Innenraum des Gehäuses 2 und damit auch im Innenraum des Schweißrings 2.2 ist ein sich aus Teillängen A, B und C zusammensetzendes Bauteil 4 axial bewegbar angeordnet, dessen Länge durch die Aussparung 2.2b in der Bodenfläche 2.2a des Schweißrings 2.2 hindurchgeht, um mit einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung, wie beispielsweise einem Pedal, verbunden werden zu können. Die Teillängen A, B und C des sowohl als Kolben als auch als Kolbenstange fungierenden Bauteils 4 weisen unterschiedliche Durchmesser auf. So ist der Durchmesser der ersten Teillänge A an den Innendurchmesser des Innenraumes des Führungsteils 2.1 des Gehäuses 2 angepasst, während dem der Durchmesser der dritten Teilsänge C mit dem Durchmesser der Aussparung 2.2b in der Bodenfläche 2.2a des Schweißringes 2.2 korrespondiert. Zur Wegbegrenzung de Bauteils 4 bzw. Kolbens im Innenraum des Gehäuses 2 ist zwischen den beiden Teillängen B und C der scheibenförmige Bund 4.1 angespritzt. Mit diesem Bund 4.1 werden beidseitig an diesem ringförmige Stirnflächen gebildet, die sich aus der Differenz des Außendurchmessers des Bundes 4.1 zu den Durchmessern der Teillängen B und C des Bauteils 4 ergeben, die als Anschlagflächen fungieren. Zur Abdichtung bzw. Erzeugung eines Druckes im Primärraum 5 ist in die Mantelfläche der ersten Teillänge des Bauteils 4 ein zum Druckraum 5 gerichtetes, als Primärdichtung 8 fungierendes Dichtelement eingesetzt, dessen dynamische Dichtlippe an der Innenwand des Führungsteils 2.1 des Gehäuses 2 anliegt. Weiter wird die zweite Teillänge B des Bauteils 4 im Innern des Schweißringes 2.2 über ihren Weg von einer als Balg 3 ausgeführten sekundären Dichtung aus elastischem Material abgedichtet, so dass das Bauteil 4 im Raum 9 innerhalb des Balges 3 angeordnet ist, und somit das dazwischen befindende Hydraulikfluid nicht entweichen kann. Der Balg 3, an den endseitig ein scheibenförmiges Dichtelement 3.1 angespritzt ist, wird in diesem Beispiel durch die Verbindung von Schweißring 2.2 und Führungsteil 2.1 verpresst. Durch diese Abdichtung zur Fluidnachlaufleitung hin wird sichergestellt, dass keine Flüssigkeitsbewegung über diese erfolgen kann. Am anderen Ende ist der Balg 3 zwischen der Stirnfläche des Bundes 4.1 und der Stufe 2.1b des Gehäuses 2 eingeklemmt. Da die Durchmesser am Balgende die gleiche Größe aufweisen, findet auch hier keine Flüssigkeitsbewegung während der axialen Bewegung des Bauteils 4 statt. Somit bleibt das Flüssigkeitsvolumen zwischen Balg 3 und Teillänge B des Bauteils 4 immer konstant.
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Die eigentliche Arretierung der Sekundärdichtung bzw. des Balges 3 im Gehäuse 2 erfolgt über dessen angespritztes Dichtelement 3.1. Dazu weist dieses mehrere über seinen Umfang verteilt angeordnete Fenster auf, die zwischen den Stegen 2.1a des Führungsteils 2.1 verrasten. Mit diesem Dichtelement 3.1, das als Formdichtung ausgeführt ist, wird beim Einbau des Geberzylinders 1 in den Motorraum gleichzeitig das Problem der Spritzwandabdichtung gelöst.
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Ist der Geberzylinder 1 unbetätigt, wird über die Bohrung 7 eine Verbindung zwischen dem Primärraum 5 und dem Sekundärraum 6 hergestellt. Der Raum 9 innerhalb des Balges 3 besitzt keine Verbindung zum Primärraum 5 oder zum Sekundärraum 6. Wird bei der Erstbefüllung des hydraulischen Systems sekundärseitig Druck angelegt, bleibt der Raum 9 innerhalb des Balges 3 drucklos. Eventuelle Schwankungen in der Menge des Fluidvolumens innerhalb des Balges 3 aufgrund von Temperaturschwankungen werden durch dessen Elastizität ausgeglichen. Außerdem findet über die im Bereich des Sekundärraumes 6 vorgesehene Bohrung 7 der für die Bewegung des Bauteils 4 erforderliche Luftaustausch sowie eine Verbindung zum Auffüllen des im Druckraum 5 entstandenen Fluiddefizits zum nicht dargestellten Nachlaufbehälter statt.
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Wird der Geberzylinder 1 betätigt, verschiebt sich das Bauteil 4 bzw. die Kolbenstange, ausgehend von ihrer Endlage, im Innern des Gehäuses 2 axial so weit, dass die Bohrung 7 von der im vorderen Bereich des Bauteils 4 angebrachten Primärdichtung 8 überfahren und somit die Verbindung zwischen Primärraum 5 und Sekundärraum 6 unterbrochen wird. Im Primärraum 6 wird nun Druck aufgebaut. Wird die Bohrung 7 von der Primärdichtung 8 überfahren, verbindet die Bohrung 7 den Sekundärraum 6 mit dem Raum 9 innerhalb des Balges 3, wobei der Raum 9 innerhalb des Balges 3, ebenfalls wie bei der Erstbefüllung, vom im Druckraum 5 herrschenden Druck getrennt wird und damit drucklos ist, was dessen Lebensdauer erhöht.
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In 2 ist die Ansicht A-A des Geberzylinders 1 dargestellt, aus der die Anordnung der an das Führungsteil 2.1 des Gehäuses 2 angespritzten Stege 2.1b und den mit diesem verbundenen Schweißring 2.2 ersichtlich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulikzylinder/Geberzylinder
- 2
- Gehäuse
- 2.1
- Führungsteil
- 2.1a
- Steg
- 2.1b
- Stufe
- 2.1
- Schweißring/Hülse
- 2.2a
- Boden
- 2.2b
- Aussparung
- 3
- Balg
- 3.1
- Dichtelement
- 4
- Bauteil/Kolben/Kolbenstange
- 4.1
- Bund Primärraum/Druckraum
- 5
- Primärraum/Druckraum
- 6
- Sekundärraum
- 7
- Bohrung
- 8
- Primärdichtung
- 9
- Raum innerhalb des Balges
- A
- erste Teillänge
- B
- zweite Teillänge
- C
- dritte Teillänge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0295395 A1 [0003]
- DE 10341470 A1 [0005, 0007]
- DE 102008058704 A1 [0007]
