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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere in der Art eines als CSC (Concentric Slave Cylinder) ausgebildeten Nehmerzylinders, welcher ein Zylindergehäuse mit zumindest einem ringförmigen Druckraum aufweist, in welchem ein Ringkolben axial verschiebbar geführt und druckraumseitig mit einer Dichtung versehen ist.
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Bei gattungsgemäßen konzentrischen Nehmerzylindern (CSC) steht ein ringförmiger Kolben in einem engen Kontakt mit einer zwischen einer inneren und einer äußeren Zylinderwand eines Zylindergehäuses definierten Bohrung. Dadurch wird eine ringförmige Betätigungskammer geschaffen, in die ein Fluid eingeleitet werden kann, um den Kolben gegenüber dem Zylinder zu verschieben und so ein am Kolben oder Zylinder angeordnetes Ausrücklager zu bewegen. Am druckraumseitigen Ende des Kolbens ist eine Dichtung angeordnet, die den Druckraum (die ringförmige Betätigungskammer) zu seiner Umgebung hin abdichtet. Derartige ringförmig ausgebildete Nehmerzylinder setzen eine ringförmige Abdichtung voraus, die üblicherweise durch einen aus einem elastischen Werkstoff bestehenden Dichtungsring realisiert wird. Hierbei kommen bekannter Weise vulkanisierte Profilringe mit verschiedenen Kautschukrezepturen zur Anwendung. Häufig wird dabei ein synthetischer Kautschuk aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) aufgrund seiner Werkstoffeigenschaften bevorzugt. Zur Verbindung mit dem Kolben des Nehmerzylinders ist dabei an den Dichtungsring ein Halteelement angeformt oder der Dichtungsring wird in einem mit dem Kolben verbindbaren Halteelement bzw. Dichtungsträger aufgenommen.
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So ist beispielsweise aus
DE 196 81 324 C1 eine Ringkolbendichtung für ein hydraulisch betätigbares Ausrücksystem für eine Reibungskupplung von Fahrzeugen bekannt, welche einen Nehmerzylinder mit einem Druckgehäuse aufweist, das konzentrisch zu einer Getriebeeingangswelle angeordnet ist, wobei zur Bildung eines kreisringförmigen Druckraums in einer Längsbohrung des Druckgehäuses eine Führungshülse radial beabstandet angeordnet ist. Im Druckraum des Nehmerzylinders ist ein Ringkolben axial verschiebbar geführt, an dem druckraumseitig eine Dichtung mit V-förmig radial gespreizten Dichtlippen vorgesehen ist. Die Dichtung ist dabei axial und radial spielbehaftet mittels eines an der Dichtung angeordneten Fortsatzes im Bereich einer radialen Randzone formschlüssig am Ringkolben aufgenommen.
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In
EP 1 970 589 A2 ist ein gattungsgemäßer Nehmerzylinder offenbart, bei dem eine Verringerung der Spaltextrusion erzielt werden soll. Der Nehmerzylinder weist hierbei ein konzentrisch zu einer Getriebeeingangswelle angeordnetes Gehäuse auf, von dessen zylindrischer Innenfläche eine Führungshülse radial beabstandet angeordnet ist. Zwischen der genannten Innenfläche und der zylindrischen Außenfläche der Führungshülse besteht ein kreisringförmiger Druckraum, in dem ein Ringkolben axial verschiebbar geführt ist. Der Ringkolben ist druckraumseitig mit einer, radial gespreizte Dichtlippen aufweisenden, Dichtung versehen, welche über einen Dichtungsträger mit dem Kolben verbunden ist. Der formschlüssig (Clipsverbindung) mit dem Ringkolben verbundene Dichtungsträger weist dabei eine Armierung auf, die aus einem unter Druck elastischen und insbesondere in radialer Richtung verformbaren Werkstoff besteht. Bei Druckbeaufschlagung des Druckraumes wird der druckraumseitige Teil des Dichtungsträgers in radialer Richtung aufgeweitet/gespreizt, wodurch ein zwischen Ringkolben und Gehäuse und/oder zwischen Ringkolben und Führungshülse vorhandener Ringspalt verkleinert wird. Allerdings ist auch hier eine Spaltextrusion nicht ausgeschlossen, da auf Grund der formschlüssigen Verbindung sowohl zwischen Kolben und Dichtungsträger als auch zwischen Dichtungsträger und Dichtung ein Spiel vorhanden ist. Insbesondere bei bestimmten Temperaturen kann sich der vorhandene Spalt negativ auswirken und eine Spaltextrusion ermöglichen. Zudem ist die Herstellung/Montage von Dichtung und Dichtungsträger aufwendig.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere in der Art eines als CSC ausgebildeten Nehmerzylinders zu entwickeln, welcher eine spielfreie Verbindung von Kolben und Dichtung ohne Spaltextrusion aufweist und die Kolbensteifigkeit erhöht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung wird insbesondere für deckelfeste, konzentrisch angeordnete hydraulische Einrücksysteme und als CSC (Concentric Slave Cylinder) ausgebildete Nehmerzylinder eingesetzt, wobei das Zylindergehäuse einen Druckraum mit einem darin axial verschiebbaren Kolben aufweist und der Kolben an seiner Stirnfläche eine Nut mit einer Dichtung besitzt, wobei erfindungsgemäß die Dichtung stoffschlüssig mit dem Kolben verbunden ist. Dabei wird vorzugsweise die Methode des Vulkanisierens genutzt. Die Dichtung ist bevorzugt in Form eines Nutdichtrings ausgeführt, der in eine stirnseitige Ringnut des Kolbens eingreift und in der Nut mittels Vulkanisieren befestigt ist. Der Nutdichtring ist dabei lediglich an den seitlichen Flächen und der hinteren Fläche der Nut des Kolbens durch Vulkanisieren befestigt.
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Die Dichtung wird mittels wenigstens einer Dichtungsarmierung verstärkt, die frei zwischen dem Nutdichtring und der Stirnfläche des Kolbens liegt und keine stoffschlüssige Verbindung zu dem Kolben und dem Nutdichtring aufweist.
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Bevorzugt sitzt eine erste Dichtungsarmierung radial außen und eine zweite Dichtungsarmierung radial innen zur Stirnseite des Kolbens und den sich radial nach außen und innen erstreckenden Bereichen des Nutdichtringes.
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Der Kolben weist im Bereich der Befestigung des Nutdichtrings eine Kolbenwandstärke auf, welche sich aus einem äußeren Teilbereich, einer Breite der Ringnut und einem inneren Teilbereich zusammensetzt. Bei minimaler Kolbenwandstärke des Kolbens weist der äußere Teilbereich bevorzugt eine Breite im Verhältnis 1:3 zur Kolbenwandstärke des Kolbens auf und bei maximaler Kolbenwandstärke des Kolbens weist der äußere Teilbereich bevorzugt eine Breite im Verhältnis 1:2 zur Kolbenwandstärke des Kolbens auf.
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Der äußere Teilbereich A und der innere Teilbereich C sollten dabei bevorzugt die gleiche Breite aufweisen.
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Die erste und zweite Dichtungsarmierung reiben bei Druckbeaufschlagung gegen den Druckraum und vermeiden dadurch eine Spaltextrusion.
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Mit Hilfe der Vulkanisierung der Dichtung an dem Kolben wird bei diesem der Hinterschnitt vermieden. Dadurch ergibt sich ein stabilerer und funktionssicherer Aufbau. Dieser wird mit einem Verhältnis zwischen der Wandstärke des Kolbens und dem außen liegenden Teilbereich, gemessen von Außenseite der Kolbenwand bis zur Ringnut definiert, wobei vorteilhafter weise ein Verhältnis für die minimale Wandstärke von 1:3 und die maximale Wandstärke von 1:2 gewählt werden sollte..
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Kolben-Zylinder Anordnung mit Nutdichtring,
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2 eine Detailansicht des Nutdichtrings,
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3 die Detailansicht des Nutdichtrings in Bezug auf die Kolbenwandstärke.
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Die gemäß 1 dargestellte Kolben-Zylinder-Anordnung welche einen als CSC ausgebildeten Nehmerzylinder darstellt ist, gehört zu einem – hier nicht näher gezeigten – hydraulischen Ausrücksystem zur Betätigung einer Kupplung und ist konzentrisch um eine Rotationsachse R angeordnet. Der Nehmerzylinder besteht aus einem Zylindergehäuse 1, welches drehfest mit einem eine Lagerung 2 aufweisenden Kolben 3 verbunden ist. Das Zylindergehäuse 1 weist im inneren einen Druckraum P mit einer äußeren Wand 1.1 und einer inneren Wand 1.2 auf, in dem der Kolben 3 (der als Ringkolben ausgebildet ist) axial verschiebbar gelagert ist. Der Kolben 3 besitzt an seinem Ende eine Dichtungsarmierung 4, 5 sowie einen Nutdichtring 6, der in Richtung zum Druckraum P abdichtet. Eine detaillierte Ansicht dieser Anordnung ist in 2 und 3 dargestellt. Der innerhalb des Kolbens 3 liegende Bereich der Dichtung ist von einem axialen Fortsatz gebildet, welcher in eine am druckraumseitigen Ende des Kolbens befindliche Aufnahme/Ringnut stoffschlüssig eingebracht ist. Der über den Kolben 3 hinausragende Bereich des Nutrichtrings 6 ist von zwei radial nach innen und außen weisenden gespreizten Dichtlippen gebildet, wobei eine radial außen angeordnete Dichtlippe an einer Zylinderinnenfläche des Zylindergehäuses 1 und eine radial innen a weisende Dichtlippe an einer Zylinderaußenfläche/ Führungshülse abdichtend zur Anlage bringbar sind.
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2 zeigt die detaillierte Ansicht und Aufnahme des Nutdichtrings 6 am Kolben 3. Der Nehmerzylinder weist ein Zylindergehäuse 1 auf, welches einen Druckraum P zwischen der außen zeigenden Innenfläche 1.1 und der nach innen zeigenden Innenfläche 1.2 bildet. In diesem Druckraum P wird der Kolben 3 bei Druckbeaufschlagung axial verschoben. Der Kolben 3 weist stirnseitig in Richtung zum Druckraum P eine umlaufende Ringnut N sowie eine an seiner Stirnseite 3.1, 3.5 frei bewegliche äußere und innere Dichtungsarmierung 4, 5 auf. Dabei wird die äußere Dichtungsarmierung 4 mit ihrer Seitenfläche 4.1 an der radial außen liegende Stirnseite 3.1 des Kolbens 3 frei angelegt. Die innere Dichtungsarmierung 5 korrespondiert dabei mit der radial innen liegenden Stirnseite 3.5 des Kolbens 3. In der Ringnut N ist der Nutdichtring 6 eingelegt, welcher sich auf den Dichtungsarmierungen 4, 5 abstützt. Erfindungsgemäß wird der Nutdichtring 6 mit dem Kolben 3 an den Flächen 3.2, 3.3 und 3 der Nut N 4 vulkanisiert. Damit wird ein stoffschlüssiger Kontakt zwischen dem Kolben 3 und dem Nutdichtring 6 erreicht. Der Nutdichtring 6 wird mittels der äußeren und inneren Dichtungsarmierung 4, 5 stabilisiert und verstärkt, wobei keine stoff- oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen vorhanden ist. Somit sind die Seiten 4.1, 4.2, 4.3 und 5.1, 5.2, 5.3 der Dichtungsarmierungen 4, 5 frei beweglich.
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Bei Betätigung der Anordnung, entsteht ein Druck in dem Druckraum P, welcher auf den Nutdichtring 6 wirkt. Dabei werden die außen liegenden Seitenflächen 4.3, 5.3 der Dichtungsarmierungen 4, 5 gegen die Innenwände 1.1, 1.2 des Druckraumes P gedrückt wodurch eine Spaltextrusion vermieden wird.
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Der in 3 dargestellte Detailausschnitt zeigt den Kolben 3 mit der Wandstärke D. Diese Wandstärke D besteht aus drei Teilabschnitten, wobei ein erster äußerer Teilabschnitt A von der Außenfläche des Kolbens 3 bis zu der äußeren Seitenfläche der umlaufenden Nut N führt, ein zweiter Teilabschnitt die Nutbreite B wiedergibt, und ein dritter Teilabschnitt C von der innen liegenden Seitenfläche der Nut bis zur Innenwand des Kolbens 3 führt. Dabei soll das Verhältnis der Wandstärke D des Kolbens 3 zum außen liegenden Teilabschnitt A bei minimaler Wandstärke A:D = 1:3 und bei maximaler Wandstärke A:D = 1:2 betragen.
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Im speziellen soll die minimale Wandstärke D des Kolbens 3 wie folgt definiert werden: A = 1,3 mm, C = 1,3 mm B = D – 1,3 – 1,3 oder A/D = 1/3
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Die maximale Wandstärke D des Kolbens 3 wird definiert als: B ≥ 1,3 mm A = C = (D – B)/2, oder C = 1,3 mm und A = D – B – C oder A/D = 1/2.
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Das ermöglicht eine gesteigerte Stabilität des Kolbens 3 gegenüber herkömmlicher Kolben mit Hinterschnitten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylindergehäuse
- 1.1
- Druckraum äußere Wand
- 1.2
- Druckraum innere Wand
- 2
- Lagerung
- 3
- Kolben
- 3.1
- Stirnfläche des Kolbens
- 3.2
- Seitliche Kolbenseitige Vulkanisationsfläche
- 3.3
- Seitliche Kolbenseitige Vulkanisationsfläche
- 3.4
- Hintere Kolbenseitige Vulkanisationsfläche
- 3.5
- Stirnfläche des Kolbens
- 4
- Erste Dichtungsarmierung
- 4.1
- Kolbenseitige Fläche der Dichtungsarmierung
- 4.2
- Dichtringseitige Fläche der Dichtungsarmierung
- 4.3
- Äußere Fläche der Dichtungsarmierung
- 5
- Zweite innenliegende Dichtungsarmierung
- 5.1
- Kolbenseitige Fläche der Dichtungsarmierung
- 5.2
- Dichtringseitige Fläche der Dichtungsarmierung
- 5.3
- Äußere Fläche der Dichtungsarmierung
- 6
- Nutdichtring
- A
- Äußerer Teilbereich der Kolbenwand bis zur Ringnut
- B
- Breite der Ringnut
- C
- Innerer Teilbereich der Kolbenwand bis zur Ringnut
- D
- Kolbenwandstärke
- N
- Ringnut
- R
- Rotationsachse
- P
- Druckraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19681324 C1 [0003]
- EP 1970589 A2 [0004]
