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Die Erfindung betrifft einen Nehmerzylinder eines Ausrücksystems für Kupplungs- oder Bremssysteme eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
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Gattungsgemäße konzentrische Nehmerzylinder („concentric slave cylinder“ – CSC) oder Zentralausrücker werden bei hydraulischen Kupplungssystemen in der Funktionskette zwischen Kupplungspedal und Kupplung eingesetzt. Sie weisen ein als Ringzylinder ausgebildetes Gehäuse auf, das um eine Kupplungs- bzw. Getriebeeingangswelle angeordnet ist. In dem Gehäuse ist ein in axialer Richtung beweglicher Ringkolben geführt, der ein sich an einer Kupplung abstützendes Ausrücklager trägt. Ein beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildeter Energiespeicher umschließt den Kolben. Bei hydraulischer Beaufschlagung des Kolbens über eine Druckleitung wirkt der vorgespannte Energiespeicher auf das Ausrücklager, wodurch die Kupplung betätigt wird.
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Aus der Druckschrift
DE 11 2005 000 619 T5 ist beispielsweise ein derartiger Nehmerzylinder bekannt, der einen Kunststoffkörper umfasst, der eine ringförmige Bohrung definiert, in welcher ein ringförmiger Kolben gleitend gelagert ist. Der Kolben ist zur Bohrung hin durch eine ringförmige Dichtung abgedichtet. Zwischen der Dichtung und dem geschlossenen Ende der Bohrung ist ein Druckraum definiert, in den ein Druckmedium eingeleitet wird. Das Druckmedium kommt von einem Geberzylinder, der durch ein Kupplungspedal betätigbar ist. Der Kolben des Nehmerzylinders wirkt auf ein Ausrücklager, durch welches wiederum die Kupplung betätigt wird. In seiner vollständig nach außen gedrückten Stellung berührt der Kolben einen am Gehäuse angeordneten Sicherungsring, der den Kolbenhub begrenzt. Der Sicherungsring weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und sitzt in einer Nut im Außenumfang des sich radial innen befindenden Wandbereiches des Kolbens, der den Druckraum nach innen begrenzt.
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Nachteil bei diesen Lösungen ist, dass die maximale Ausreißkraft „relativ“ niedrig ist, besonders bei hohen Temperaturen bei Überhitzung der Kupplung. Grund dafür ist, dass durch die Formschlussverbindung am Kunststoffgehäuse lokale Spannungskonzentrationen auftreten, welche die maximale Ausreißkraft vermindern. Ebenfalls ist die Wandstärke der Innenwand des Gehäuses über die Verbindung reduziert. Zudem ist beim Sicherungsring die Kraft ebenfalls abhängig von der Verbindung zum Gehäuse.
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Dadurch besteht die Gefahr, dass der Nehmerzylinder zu weit ausrückt, denn bei Überhitzung der Kupplung und daraus resultierender Überfüllung des hydraulischen Systems wölben sich die Tellerfederzungen der Kupplung im nicht ausgerückten Zustand der Kupplung vom Ausrücklager weg. Die in den Nehmerzylinder integrierte Vorlastfeder führt den Kolben nach, so dass durch die Schnüffelbohrung zusätzliches Hydraulikfluid aus dem Druckraum in das System gelangen kann. und das System beschädigt wird.
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Die Aufgabe besteht darin, einen Nehmerzylinder zu entwickeln, der einen zuverlässigen Anschlag für den Kolbenhub aufweist und eine hohe Anschlagkraft auch bei hohen Temperaturen aufnimmt.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Nehmerzylinder ist bevorzugt in Form eines CSC ausgebildet und weist ein konzentrisch um eine Getriebeeingangswelle angeordnetes Gehäuse aus Kunststoff und einen darin axial beweglichen ringförmigen Kolben auf, der mit einem Druck eines Druckmediums beaufschlagbar ist und mit einem Ausrücklager in Wirkverbindung steht, wobei am Gehäuse ein Anschlag vorgesehen ist, der einen Hub des Kolbens in Richtung zum Ausrücklager begrenzt und der Anschlag erfindungsgemäß zumindest teilweise aus einem sich von dem Kunststoffmaterial eines Grundkörpers des Gehäuses unterscheidenden Kunststoffmaterial und/oder aus einer metallischen Hülse besteht.
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Die metallische Hülse wird dabei bevorzugt durch Umspritzen mit Kunststoff am Gehäuse befestigt und wird insbesondere als Einlegeteil bei der Herstellung des Gehäuses vom Kunststoff umspritzt und ist dadurch in das Gehäuse integriert.
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Um die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten, besteht die Hülse aus Stahl oder Aluminium. Sie weist einen oder mehrere Durchbrüche/Bohrungen auf, durch welche der Kunststoff aus dem Grundmaterial des Gehäuses reicht, so dass eine gute Verklammerung der Hülse im Gehäuse gewährleistet ist.
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Zur Bildung des Anschlages ist die Hülse mit einem radial nach außen weisenden Randbereich versehen. Dieser kann nach der Montage des Kolbens durch ein Umformverfahren z.B. durch ein radial nach außen gerichtetes Umbördeln erzeugt sein und in diesem Fall ohne weitere Bauelemente selbst den Anschlag für den Kolben bilden.
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Alternativ kann der radial nach außen weisende Randbereich der Hülse von einer darauf zuweisenden Stirnseite des Gehäuses beabstandet sein, wodurch eine nutartige Ausnehmung gebildet wird. In dieser Ausnehmung kann dann ein herkömmlicher Sprengring angeordnet sein, der in Verbindung mit der Hülse den Anschlag für den Kolben bildet.
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Vorzugsweise wird der im Wesentlichen zylindrische Wandbereich der Hülse radial innen am Kolben angeordnet, so dass die Lauffläche des Kolbens nicht beeinträchtigt wird.
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Alternativ kann der Anschlag auch aus dem sich von dem Kunststoffmaterial des Grundkörpers des Gehäuses unterscheidenden zweiten Kunststoffmaterial über ein Zweikomponenten-Spritzgussverfahren hergestellt sein und einen radial nach außen weisenden Randbereich aufweisen, der als Anschlag dient oder der von der darauf zuweisenden Stirnseite des Gehäuses beabstandet ist, wobei dann in der dadurch gebildeten Ausnehmung ebenfalls ein Sprengring angeordnet ist, der in Verbindung mit dem zweiten Kunststoffmaterial den Anschlag für den Kolben bildet Das zweite Kunststoffmaterial weist dabei höhere Festigkeitseigenschaften als das Grundmaterial des Gehäuses auf. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das zweite Kunststoffmaterial eine hohe Temperaturbeständigkeit besitzt. Zur Erzielung der geforderten Eigenschaften des zweiten Kunststoffmaterials kann dieses faserverstärkt sein oder auch andere festigkeitserhöhende Zusätze beinhalten.
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Da die aus metallischem Werkstoff (insbesondere Stahl) bestehende Hülse bzw. das zweite Kunststoffmaterial eine höhere Festigkeit als der Kunststoff des Gehäuses (besonders bei hohen Temperaturen) aufweisen, ist es möglich, eine deutlich höhere Anschlagkraft zu erzeugen, da man davon ausgehen kann, dass die Hülse nicht die Schwachstelle sein wird. Wegen der festen Verbindung zwischen Hülse und Gehäuse über die Bohrungsmatrix wird die maximale Anschlagkraft von der kompletten Wandstärke des Gehäuses abhängig sein.
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Auch die Verwendung eines Formschlusses mit einem Sprengring oder einer Klammer gewährleistet sowohl bei Versendung eines Anschlages aus einer metallischen Hülse (insbesondere einer Stahlhülse) als auch bei einem zweiten Kunststoffmaterial aus einem höherfesten Kunststoff, die Aufnahme höherer Kräfte als bei einem herkömmlichen Kunststoffgehäuse, da die Spannungskonzentration am Stahlring oder am radial nach außen weisenden Absatz aus dem zweiten Kunststoffmaterial viel unkritischer ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 den radial innen angeordneten Bereich eines Gehäuses, in dem eine Stahlhülse angeordnet ist,
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2 den Nehmerzylinder mit der integrierten Stahlhülse, die umgebördelt wurde,
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3 den Nehmerzylinder mit einer Stahlhülse und einem Sprengring als Anschlag,
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4 einen Bereich eines Gehäuses aus einem Kunststoffmaterial, der mit einem zweiten Kunststoffmaterial durch ein 2K Spritzgießverfahren kombiniert ist.
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In 1 ist ein Ende eines radial innen liegenden ersten Wandbereich 1.1 eines aus Kunststoff bestehenden Gehäuses 1 eines Nehmerzylinders dargestellt. In den nicht bezeichneten Innendurchmesser des ersten Wandbereiches 1.1 ist eine Stahlhülse 2 eingesetzt, die eine Vielzahl von Durchbrüchen 2.1 aufweist und die Stirnseite 1.2 des ersten Wandbereiches 1.1 mit einem Bördelbereich 2.2 überragt. Die Stahlhülse 2 wurde mit Kunststoff an das Gehäuse 1 angespritzt, wobei der Kunststoff in die Durchbrüche 2.1 fließt und dadurch eine innige Verbindung zwischen Gehäuse 1 und Stahlhülse 2 hergestellt wird, die hohen Belastungen in axialer Richtung standhält.
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Nachdem Anspritzen der Stahlhülse 2 wird gemäß 2 der Kolben 3 mit der Kolbendichtung 4 in den Ringraum 5 des Gehäuses 1 montiert, der durch den ersten Wandbereich 1.1 und einen zweiten Wandbereich 1.3 des Gehäuses 1 gebildet wird. In den Ringraum 5 mündet eine Druckmittelbohrung 6, so dass zwischen erstem Wandbereich 1.1, zweitem Wandbereich 1.3 und Kolbendichtung 4 ein Druckraum D gebildet wird. Nach der Montage des Kolbens 3 wird der Bördelbereich 2.2 radial nach außen umgeformt, so dass dieser über den Außendurchmesser 1.1’ des ersten Wandbereiches 1.1 um einen Bereich a umfangsseitig hinausragt. Bekannterweise wirkt der Kolben 3 bei Druckbeaufschlagung des Druckraums D auf ein Ausrücklager 7 und es ist eine Vorlastfeder 8 vorgesehen.
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Der Bereich a bildet einen Anschlag a für einen radial innen liegenden stirnseitigen Bereich 3.1 des Kolbens 3, durch welchen sichergestellt ist, dass auch bei hohen Temperaturen aus dem Druckraum D kein Druckmedium austreten kann.
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Im Unterschied zu 2 weist die Stahlhülse 2 gemäß 3 keinen Bördelbereich 2.2 auf. Es ist lediglich ein Bund 2.3 vorgesehen, der axial von der Stirnseite 1.2 des ersten Wandbereiches 1.1 beabstandet ist und der radial nicht über den Außendurchmesser 1.1’ des ersten Wandbereiches hinausragt, so dass der Kolben 3 und die Kolbendichtung 4 in dem Ringraum 5 montiert werden können. Zwischen der Stirnseite 1.2 des ersten Wandbereiches 1.1, dem Bund 2.3 und dem Außendurchmesser 1.1’ wird eine Nut N gebildet, in die nach der Montage von Kolben 3 und Kolbendichtung 4 ein Sprengring 9 eingesetzt wird und der, wie der Bördelbereich 2.2 in 2 über den Außendurchmesser 1.1’ des ersten Wandbereiches 1.1, um einen Bereich (Anschlag) a umfangsseitig hinausragt, und somit einen Anschlag a für den radial innen liegenden stirnseitigen Bereich 3.1 des Kolbens 3 bildet, durch welchen ebenfalls sichergestellt ist, dass der Kolben 3 von dem Anschlag a auch bei hohen Drücken und Temperaturen gehalten wird und somit auch bei hohen Temperaturen aus dem Druckraum D kein Druckmedium austreten kann. Der durch den Sprengring 9 gebildete Anschlag a wirkt in diesem Fall mit dem Bund 2.3 der Hülse 2 zusammen, denn der Sprengring 9 wird durch die Stirnseite 3.1 des Kolbens 3 bei einem hohen Druck im Druckraum D in der Nut N gegen den Bund 2.3 und somit gegen die Stahlhülse 2 gepresst. Dadurch, dass die Stahlhülse 2 wesentlich fester ist als der Kunststoff des Gehäuses 1 können auch mit dieser Lösung höhere Axialkräfte aufgenommen werden.
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Einen Endbereich des ersten Wandbereiches 1.1 eines Gehäuses 1 aus Kunststoff mit einem im 2K-Spritzgießverfahren angespritzten zweiten Kunststoffmaterial 10 ist in 4 dargestellt.
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Der radial nach außen weisende Randbereich wird durch einen Bund 10.1 des zweiten Kunststoffmaterials 10 gebildet, der von einer darauf zuweisenden Stirnseite 1.2 des Gehäuses 1 beabstandet ist. In der dadurch entstandenen Nut N ist ein Sprengring 9 angeordnet, der über den Außendurchmesser 1.1’ des ersten Wandbereiches 1.1 radial hinausragt und dadurch einen Anschlag a bildet, der in Verbindung mit dem Bund 10.1 und somit mit dem zweiten Kunststoffmaterial 10 den Hub des Kolbens 3 (hier nicht dargestellt) begrenzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Gehäuse
- 1.1
- erster Wandbereich
- 1.1’
- Außendurchmesser
- 1.2
- Stirnseite
- 1.3
- zweiter Wandbereich
- 2.
- Stahlhülse
- 2.1
- Durchbrüche
- 2.2
- Bördelbereich
- 2.3
- Bund
- 3.
- Kolben
- 3.1
- stirnseitiger Bereich des Kolbens
- 4.
- Kolbendichtung
- 5.
- Ringraum
- 6.
- Druckmittelbohrung
- 7.
- Ausrücklager
- 8.
- Vorlastfeder
- 9.
- Sprengring
- 10.
- zweites Kunststoffmaterial
- 10.1
- Bund
- a
- Anschlag
- D
- Druckraum
- N
- Nut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112005000619 T5 [0003]
