DE102014212670A1

DE102014212670A1 - Kolben-Zylindereinheit

Info

Publication number: DE102014212670A1
Application number: DE201410212670
Authority: DE
Inventors: Markus Heitbaum
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2015-01-08
Also published as: WO2015000481A1; DE112014003101A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylindereinheit mit einem Zylinder und einem in dem Zylinder axial verlagerbaren Kolben mit einem mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange, welche mit einem Aktuatorelement verbindbar ist und welche mittels des Aktuatorelements verlagerbar ist, um den Kolben in dem Zylinder axial zu verlagern, wobei mit dem Kolben zumindest ein nach radial außen vorspringendes Führungselement verbunden vorgesehen ist, welches in eine Axialführung des Zylinder eingreift, um eine Verdrehung oder Fehl-positionierung des Kolbens in dem Zylinder zu verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylindereinheit, wie insbesondere einen Geberzylinder insbesondere für eine Kupplungs- oder Getriebebetätigung eines Kraftfahrzeugs.
Kolben-Zylindereinheiten sind im Stand der Technik als Geberzylinder beispielsweise für eine Kupplungsbetätigung bekannt geworden. Dabei wird ein Kolben in einem Zylinder der Kolben-Zylindereinheit in axialer Richtung verlagert, so dass ein Druckraum, welcher mit einem Fluid befüllt ist, dadurch vergrößert oder verkleinert werden kann, um das Fluid Druck zu beaufschlagen, um ein Aggregat beispielsweise mittels eines Nehmerzylinders zu betätigen. Für den Betätigungszustand des Aggregats ist die Position des Kolbens des Geberzylinders von Bedeutung, weshalb ein Kolben einer solchen Kolben-Zylindereinheit mit einem Sensorgeberelement versehen wird, so dass ein an dem Zylinder angeordnetes Sensornehmerelement die Position des Sensorgeberelements und damit des Kolbens relativ zum Sensornehmerelement detektieren kann. Mit diesen Kenntnissen über die Position des Kolbens im Zylinder der Kolben-Zylindereinheit kann dann eine verbesserte Steuerung durchgeführt werden.
Um eine möglichst gute Auflösung für die Position des Kolbens zu erreichen wird das Sensornehmerelement nicht mittig des Kolbens angeordnet, sondern es wird außermittig des Kolbens derart angeordnet, dass der Abstand zwischen dem Sensorgeberelement und dem Sensornehmerelement möglichst gering ist. Dies birgt jedoch die Gefahr, dass bei der Montage des Kolbens mit dem Sensorgeberelement der Kolben falsch in den Zylinder eingesetzt wird. Dabei ist der häufigste auftretende Fehler, dass der Kolben um 180° verdreht um seine Längsachse in den Zylinder eingesetzt wird, was bewirkt, dass das Sensorgeberelement gegenüber dem Sensornehmerelement den größten Abstand aufweist. Dies führt zu Fehlern in der Positionsbestimmung bzw. zum Ausfall der Sensoreinrichtung.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Kolben-Zylindereinheit zu schaffen, bei welcher eine Fehlmontage des Kolbens ausgeschlossen werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Kolben-Zylindereinheit mit einem Zylinder und einem in dem Zylinder axial verlagerbaren Kolben mit einem mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange, welche mit einem Aktuatorelement verbindbar ist und welche mittels des Aktuatorelements verlagerbar ist, um den Kolben in dem Zylinder axial zu verlagern, wobei mit dem Kolben zumindest ein nach radial außen vorspringendes Führungselement verbunden vorgesehen ist, welches in eine Axialführung des Zylinder eingreift, um eine Verdrehung oder Fehlpositionierung des Kolbens in dem Zylinder zu verhindern. Dadurch wird erfolgreich erreicht, dass der Kolben nur in einer Position in den Zylinder einsetzbar ist, wenn das Führungselement in dir Axialführung eingreift, so dass ein Verdrehen des Kolbens um seine Längsachse vor dem Einsetzen ausgeschlossen ist. Dies bewirkt, dass der Kolben immer derart positioniert ist, dass ein vorgesehenes Sensorgeberelement gegenüber dem Sensornehmerelement wie vorgesehen positioniert ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Zylinder mehrteilig ausgebildet ist, wobei zumindest zwei Zylinderelemente unter Bildung des Zylinders miteinander verbunden sind, wobei die Axialführung in zumindest einem der Zylinderelemente vorgesehen ist. Ist der Zylinder mehrteilig ausgebildet so ist es vorteilhaft, wenn die Axialführung in zumindest einem der Zylinderelemente oder in mehreren der Zylinderelemente ausgebildet sind. Dadurch kann eine sichere Führung des Führungselements in der Axialführung erreicht werden, so dass die axiale Bewegung des Führungselements in der Axialführung über die maximale axiale Bewegung des Kolbens im Zylinder ermöglicht ist.
Besonders vorteilhaft ist es wenn der Zylinder aus zumindest zwei rohrartigen Zylinderelementen gebildet ist, die in axialer Richtung benachbart zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn eines der rohrartigen Zylinderelemente einseitig offen für die Aufnahme des Kolbens ist, während zumindest das zweite Zylinderelement als beidseitig offenes rohrartiges Zylinderelement ausgenbildet ist, um den Kolben axial verlagerbar aufzunehmen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Axialführung des Zylinders eine Nut in einer Wandung des Zylinders oder in zumindest einem der Zylinderelemente ist. Alternativ kann die Axialführung auch durch zumindest einen Steg gebildet sein, welcher oder welche mit dem Führungselement zusammenwirkt, um den Kolben in Umfangsrichtung bezüglich der Längsachse unverdrehbar zu führen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn zur Verbindung des Kolbens mit der Kolbenstange ein Verbindungselement vorgesehen ist, welches eine formschlüssige Verbindung sowohl mit dem Kolben als auch mit der Kolbenstange eingeht. Dadurch kann eine einfache Kopplung erreicht werden, welche mit dem Verbindungselement schnell und kostengünstig umgesetzt werden kann.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Verbindungselement das zumindest eine vorspringende Führungselement aufweist, welches nach radial außen vorspringt und in die Axialführung eingreift. So kann das Verbindungselement neben der Gewährleistung der Verbindung auch eine weitere Funktion übernehmen, was besonders vorteilhaft ist, weil damit kein weiteres Bauteil benötigt wird.
Für die Erreichung der Unverdrehbarkeit ist es vorteilhaft, wenn das Verbindungselement formschlüssig in eine Aufnahme des Kolbens eingreift, wobei die Aufnahme des Kolbens in axialer Richtung des Kolbens offen ist, zum Einsetzen des Verbindungselements in die Aufnahme. Durch die einseitig offene Aufnahme wird ein schnelles Koppeln erreicht.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahme eine nicht rotationssymmetrische Querschnittsfläche aufweist, die mit dem Querschnitt des Verbindungselements korrespondiert, so dass das Verbindungselement in der Aufnahme bezüglich der Längsachse des Kolbens im Wesentlichen unverdrehbar angeordnet ist. Als nicht rotationssymmetrisch wird hierbei jede Form angesehen, welche von einer Kreisform abweicht und damit nicht zu einer Verdrehbarkeit führt. Besonders bevorzugt sind Abweichungen von einer Kreisform durch Vorsprünge oder Kreisabschnitte etc.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Verbindungselement erste Mittel aufweist zur formschlüssigen Verbindung der Kolbenstange mit dem Verbindungselement, wobei auch die Kolbenstange zweite Mittel aufweist zur formschlüssigen Verbindung der Kolbenstange mit dem Verbindungselement, wobei die ersten Mittel und die zweiten Mittel miteinander derart zusammenwirken, dass die Kolbenstange relativ zum Verbindungselement im Wesentlichen unverdrehbar ist bezüglich der Längsachse des Kolbens.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die ersten Mittel Schlitze in dem Verbindungselement sind und die zweiten Mittel Stege der Kolbenstange sind, die in die Schlitze eingreifen. So kann auf einfache Weise eine Kopplung erreicht werden, bei welcher die Kolbenstange noch ein gewisses Spiel senkrecht zur Längsachse des Kolbens aufweist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert:
Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylindereinheit,
2 eine Ansicht des Verbindungselements,
3 eine Ansicht eines Zylinderelements,
4 eine Ansicht des Kolbens mit Verbindungselement,
5 eine Schnittansicht mit Kolben und Verbindungselement,
6 eine Schnittansicht mit Kolben und Verbindungselement,
7 eine Schnittansicht mit Kolben und Verbindungselement,
8 eine Schnittansicht mit Kolben und Verbindungselement, und
9 eine Schnittansicht mit Kolben und Verbindungselement.
Die 1 zeigt eine Kolben-Zylindereinheit 1 mit einem Zylinder 2 und einem axial in dem Zylinder 2 verlagerbar aufgenommenen Kolben 3. Der Kolben 3 ist mit einer Kolbenstange 4 verbunden, so dass der Kolben 3 mittels eines nicht dargestellten Aktuatorelements, wie beispielsweise eines Fußpedals oder einer Antriebseinheit verbindbar ist, welche den Kolben 3 in axialer Richtung innerhalb des Zylinders 2 verlagern kann. Der Kolben 3 ist mit einem Sensorgeberelement 5 ausgebildet, welches in einer Aufnahme des Kolbens 3 angeordnet ist. An dem Zylinder 2 ist ein Sensornehmerelement 6 angeordnet, welches die Position des Sensorgeberelements 5 detektiert.
Der Kolben 3 ist mit der Kolbenstange 4 über ein Verbindungselement 7 verbunden. Das Verbindungselement 7 greift dazu in einer Ausnehmung des Kolbens 3 ein, so dass ein Vorsprung 8 des Verbindungselements 7 in die Ausnehmung 9 des Kolbens 3 eingreifen kann, um dort gesichert zu sein. Dazu ist der Vorsprung 8 des Verbindungselements 7 bevorzugt mit Rastelementen ausgebildet, welche sich in der Ausnehmung 9 des Kolbens 3 verrasten und eine sichere Verbindung zwischen dem Kolben 3 und dem Verbindungselement 7 bewirken.
Mit dem Verbindungselement 7 ist die Kolbenstange 4 beispielsweise über eine Art Kugelkopf verbindbar. Dieser reift dazu bevorzugt in eine Art Pfanne des Verbindungselements 7 ein, so dass die Kolbenstange relativ zu der Pfanne bzw. zu dem Verbindungselement verkippbar ist.
Der Zylinder 2 ist im Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet, so dass ein erstes Zylinderelement 10 mit einem zweiten Zylinderelement abgedichtet verbindbar ist, um den Zylinderinnenraum zu definieren, welcher den Kolben aufnimmt. Dazu weist das Zylinderelement 10 ein Ausnehmung 12 mit eine Kragen auf, in welche das Zylinderelement 11 zumindest teilweise in axialer Richtung einsetzbar ist, wobei ein Dichtelement 13 vorgesehen ist, zur Abdichtung zwischen dem ersten Zylinderelement 10 und dem zweiten Zylinderelement 11.
Die 2 zeigt das Verbindungselement 10 in einer perspektivischen Darstellung mit dem sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprung 8 und einer korbartigen Struktur 14 als Pfanne des Verbindungselements 7, welche durch Schlitze 15 in einzelne Zungen 16 unterteilt ist. An einer der Zungen 16 ist ein vorspringendes Führungselement 17 ausgebildet, welches dazu dient, mit einer Axialführung zusammenzuwirken, um ein Verdrehen des Kolbens 3 oder eine nicht definierte Positionierung des Kolbens beim Einsetzen in den Zylinder 2 zu verhindern. Die korbartige Struktur 14 des Verbindungselements 7 ist dabei nicht rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei auch die Aufnahme des Kolbens 3 nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist, so dass ein Verdrehen des Verbindungselements 7 in der Ausnehmung 9 unverdrehbar aufgenommen ist.
Die 3 zeigt das zweite Zylinderelement 11, das im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist. An der Innenwandung ist eine Axialführung 18 als Nut ausgebildet, in welche das Führungselement 17 des Verbindungselements 7 eingreifen kann.
Die 4 zeigt den Kolben 3 mit dem Verbindungselement 7 und der Kolbenstange 4, wobei das Verbindungselement 7 in die Ausnehmung 9 des Kolbens einsetzbar ist. Dabei wird das Verbindungselement 7 derart positioniert, dass das Führungselement 17 nach radial außen vorsteht, auch wenn das Verbindungselement 7 in die Ausnehmung 9 des Kolbens 3 eingesetzt ist.
Die 5 und 6 zeigen die Anordnung des Kolbens 3 im Zylinder 2 beziehungsweise in der Anordnung des Zylinderelements 11 mit dem Verbindungselement 7 und der Kolbenstange 4. Das Verbindungselement 7 mit dem Führungselement 17 ragt nach radial außen über die radiale Erstreckung des Kolbens 3 hinaus und greift in die Axialführung 18 in der Innenwand des Zylinderelements 11 ein. In der 5 ist der Kolben 3 derart platziert, dass er in den Zylinder 2 eingesetzt wird, wobei das Führungselement 17 beginnt in die Axialführung 18 aufgenommen zu werden.
In 6 ist der Kolben 3 so weit in den Zylinder 2 eingeschoben, dass das Führungselement 17 im Wesentlichen an einem Anschlag der Axialführung in axialer Richtung angelangt ist.
Die 7 zeigt die Aufnahme des Führungselements 17 in der Axialführung 18 des Kolbens 3 noch einmal in einer detaillierten Darstellung.
Die 8 zeigt die Anordnung des Zylinderelements 11 mit der als Nut ausgebildeten Ausführung 18, in welche das Führungselement 17 nach radial außen greifend eingreift.
Die 9 zeigt die Anordnung des Führungselements 17 in der Axialführung 18 bei im Wesentlichen vollständig eingeschobenem Kolben 3.
Bezugszeichenliste

1: Kolben-Zylindereinheit
2: Zylinder
3: Kolben
4: Kolbenstange
5: Sensorgeberelement
6: Sensornehmerelement
7: Verbindungselement
8: Vorsprung
9: Ausnehmung
10: Zylinderelement
11: Zylinderelement
12: Ausnehmung
13: Dichtelement
14: Struktur
15: Schlitz
16: Zungen
17: Führungselement
18: Axialführung

Claims

Kolben-Zylindereinheit (1) mit einem Zylinder (2) und einem in dem Zylinder (2) axial verlagerbaren Kolben (3) mit einem mit dem Kolben (3) verbundenen Kolbenstange (4), welche mit einem Aktuatorelement verbindbar ist und welche mittels des Aktuatorelements verlagerbar ist, um den Kolben (3) in dem Zylinder (2) axial zu verlagern, wobei mit dem Kolben (3) zumindest ein nach radial außen vorspringendes Führungselement (17) verbunden vorgesehen ist, welches in eine Axialführung (18) des Zylinders (2) eingreift, um eine Verdrehung oder Fehlpositionierung des Kolbens (3) in dem Zylinder (2) zu verhindern.
Kolben-Zylindereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (2) mehrteilig ausgebildet ist, wobei zumindest zwei Zylinderelemente (10, 11) unter Bildung des Zylinders (2) miteinander verbunden sind, wobei die Axialführung (18) in zumindest einem der Zylinderelemente vorgesehen ist.
Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (2) aus zumindest zwei rohrartigen Zylinderelementen (10, 11) gebildet ist, die in axialer Richtung benachbart zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind.
Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialführung (18) des Zylinders (2) eine Nut in einer Wandung des Zylinders (2) oder in zumindest einem der Zylinderelemente (10, 11) ist.
Kolben-Zylindereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung des Kolbens (3) mit der Kolbenstange (4) ein Verbindungselement (7) vorgesehen ist, welches eine formschlüssige Verbindung sowohl mit dem Kolben (3) als auch mit der Kolbenstange (4) eingeht.
Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (7) das zumindest eine vorspringende Führungselement (17) aufweist, welches nach radial außen vorspringt und in die Axialführung (18) eingreift.
Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (7) formschlüssig in eine Aufnahme des Kolbens (3) eingreift, wobei die Aufnahme des Kolbens in axialer Richtung des Kolbens offen ist, zum Einsetzen des Verbindungselements (7) in die Aufnahme.
Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme eine nicht rotationssymmetrische Querschnittsfläche aufweist, die mit dem Querschnitt des Verbindungselements (7) korrespondiert, so dass das Verbindungselement in der Aufnahme bezüglich der Längsachse des Kolbens (3) im Wesentlichen unverdrehbar angeordnet ist.
Kolben-Zylindereinheit nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (7) erste Mittel aufweist zur formschlüssigen Verbindung der Kolbenstange (4) mit dem Verbindungselement (7), wobei auch die Kolbenstange (4) zweite Mittel aufweist zur formschlüssigen Verbindung der Kolbenstange (4) mit dem Verbindungselement (7), wobei die ersten Mittel und die zweiten Mittel miteinander derart zusammenwirken, dass die Kolbenstange relativ zum Verbindungselement im Wesentlichen unverdrehbar ist bezüglich der Längsachse des Kolbens.
Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel Schlitze in dem Verbindungselement (7) sind und die zweiten Mittel Stege der Kolbenstange (4) sind, die in die Schlitze eingreifen.