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Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere einen konzentrischen Nehmerzylinder für ein Ausrücksystem eines Kupplungs- oder Bremssystems von Kraftfahrzeugen, 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 befindet sich ein in axialer Richtung verschiebbarer Ringkolben, der mit dem Ausrücklager der Kupplung in Wirkverbindung steht. Dabei wird das Gehäuse aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Zylinderwandungen gebildet, zwischen denen ein ringförmiger Druckraum ausgebildet ist. Die innere Zylinderwandung begrenzt den Druckraum nach innen und wird als Führungshülse bezeichnet. Bei Beaufschlagung des Kolbens mit einer hydraulischen Flüssigkeit wird dieser entlang der Führungshülse in Richtung der Kupplung verschoben, wodurch das Ausrücklager die Kupplung betätigt.
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Hierbei muss sicher gestellt werden, dass während des Betriebes des Nehmerzylinders der Kolben nicht über eine angegebene maximale Extension hinausfahren kann. Ein derartiges Überfahren (Überdrücken) des Kolbens kann beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen bzw. Volumenausdehnungen des Hydraulikmittels geschehen. Auch durch die Automatisierung von Fahrzeugen, die mit konventionellen CSC ohne Wegsensor mit Hilfe eines HCA (Hydrostatic Clutch Actuator) betätigt werden, steht im hydraulischen Kupplungssystem ein höheres Fluidvolumen zur Verfügung. Überfährt der Kolben dadurch die maximale Extension, kann es zu einer Zerstörung des Nehmerzylinders mit entsprechenden Folgeschäden kommen. Durch die Automatisierung entfällt ebenso die Schnüffelfunktion im Kupplungsgeberzylinder (CMC), wodurch die daraus resultierende Volumenausdehnung unter Temperatureinwirkung des eingesetzten Fluids eine ungewollte Betätigung des CSC – ohne dies zu diagnostizieren – herbeiführt.
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Auch in diesem Fall ist ein Defekt des konzentrischen Nehmerzylinders bzw. des hydraulischen Systems die Folge. Zur Begrenzung des Hubes ist deshalb üblicherweise – meist am Gehäuse bzw. an der Führungshülse des Nehmerzylinders – ein Anschlag vorgesehen, an welchem der Kolben in einer Endstellung anliegt.
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So ist aus der
DE 10 2013 216 052 A1 eine Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere ein konzentrischer Nehmerzylinder für eine hydraulische Kupplungsbetätigung, bekannt, welche einen als Schraubverbindung ausgebildeten Anschlag aufweist. Dabei besteht die Schraubverbindung aus einem an der Führungshülse angeordneten Gewinde, auf welches eine Anschlagmutter aufgeschraubt ist, die als Anschlag für den Kolben dient.
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Diese technische Lösung ist relativ teuer, da das an der Führungshülse angebrachte Gewinde kein Standardgewinde ist. Es wird in einer Einzelfertigung hergestellt, welche eine kostenintensive Entformung des Gewindes in einem Spritzgusswerkzeug beinhaltet. Nachteilig sind ebenso die dabei bestehenden hohen Fertigungstoleranzen sowie lange Montagezeiten.
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Bei einem in der
DE 10 2013 218 117 A1 beschriebenen Nehmerzylinder eines Ausrücksystems für Kupplungs- oder Bremssysteme eines Kraftfahrzeuges, mit einem konzentrisch um eine Getriebeeingangswelle angeordneten Gehäuse aus einem Grundmaterial aus Kunststoff und einem darin axial beweglichen ringförmigen Kolben, der mit einem Druck eines Druckmediums beaufschlagbar ist und mit einem Ausrücklager in Wirkverbindung steht, ist an dem Führungsrohr/der Führungshülse des Gehäuses ein Anschlag vorgesehen, der einen Hub des auf dem Führungsrohr axial verschiebbaren Kolbens in Richtung zum Ausrücklager begrenzt. Dabei wird der Anschlag durch einen umfangsseitig mit Schlitzen versehenen Ring gebildet, der über den Umfang verteilte radial nach innen weisende Vorsprünge aufweist, die in korrespondierende Aussparungen des mit unterschiedlichen Wanddicken ausgestatteten Führungsrohres eingreifen. Ein über den Außendurchmesser des Führungsrohres hinausragender Bereich dient als Anschlag für den Kolben.
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Diese technische Lösung weist neben einer aufwendigen Fertigung (z. B. durch das Einbringen von Aussparungen sowie unterschiedlicher Durchmesser in das Führungsrohr) und einer aufwendigen Montage auch den Nachteil auf, dass bei einem auf den Kolben wirkenden hohen Druck dieser mit seiner Stirnfläche derart stark an dem den Anschlag bildenden Ring anschlägt, dass ein Kippmoment des Ringes bewirkt wird. Dadurch bewegt sich der Kolben über die ursprüngliche, bei „normalem“ Arbeitsdruck vorhandene, Endstellung hinaus. Neben der Gefahr, dass bei sehr hohen Axialkräften der von dem Ring gebildete Anschlag von dem Kolben überfahren wird, besteht zudem der Nachteil, dass eine korrekte Detektierung der Stellung des Kolbens nicht möglich ist.
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Bei einem in der
DE 10 2013 221 840 A1 offenbarten und im Wesentlichen analog dem in der
DE 10 2013 218 117 A1 beschriebenen konzentrischen Nehmerzylinder aufgebauten CSC ist ebenfalls am Gehäuse ein Anschlag vorgesehen, der den Hub des Kolbens in Richtung zum Ausrücklager begrenzt. Dabei besteht der Anschlag zumindest teilweise aus einem sich von dem Kunststoffmaterial des Gehäuses unterscheidenden Kunststoffmaterial und/oder aus einer metallischen Hülse, welche in das Gehäuse/der Führungshülse integriert ist. Zur Bildung des Anschlages ist die Hülse mit einem radial nach außen weisenden gebördelten Randbereich bzw. einem Bund versehen. Der entsprechend dünnwandig ausgebildete Bördelbereich wird nach der Montage des Kolbens radial nach außen umgeformt, so dass dieser über das Gehäuse hinausragt und so einen Anschlag für einen radial innen liegenden stirnseitigen Bereich des Kolbens bildet.
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Bei Verwendung einer Hülse mit einem radial nach außen vorstehenden Bund/Flansch an Stelle des Bördelbereiches dient hier ein zusätzlich axial zwischen dem Bund und der Stirnseite des Gehäuses angeordneter Sprengring als unmittelbarer Anschlag für den Kolben. Außerdem weist die als Anschlag dienende Hülse umfangsseitig eine Vielzahl von Durchbrüchen auf, die der Befestigung der aus Stahl oder Aluminium bestehenden Hülse an dem aus Kunststoff bestehenden Gehäuse dienen. Dabei wird die Hülse durch Umspritzen mit Kunststoff an dem Gehäuse befestigt. Der Kunststoff fließt in die Durchbrüche, wodurch eine Verbindung zwischen Gehäuse und Hülse hergestellt wird, welche hohen Belastungen in axialer Richtung standhalten soll.
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Auch diese technische Lösung weist eine aufwendige Fertigung bzw. Montage auf. Beide Ausführungen – dünnwandiger gebördelter Randbereich oder Anordnung eines Sprengrings – stellen Lösungen dar, die zudem keine besonders großen Axialkräfte aufnehmen können, das heißt, es ist kein ausreichender Schutz vor einer „Überdrückung“ des Kolbens und damit vor einer Verringerung der Steifigkeit des konzentrischen Nehmerzylinders vorhanden und auch keine eindeutige Detektierung der Kolbenstellung gegeben.
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In der
WO 2008/086763 A1 wird schließlich ein konzentrisch um eine Getriebeeingangswelle angeordneter Nehmerzylinder in einer hydraulischen Strecke zur Kupplungsbetätigung beschrieben, der einen Anschlag aufweist, welcher als eine in die Führungshülse einsteckbare Hülse mit einem Bund ausgeführt ist, wobei der Bund an der kupplungsseitigen Stirnfläche der Führungshülse anliegt und die Hülse im Innern mit der Führungshülse formschlüssig verbunden ist. Der Kolben kommt an dem nach radial außen gerichteten Bund zur Anlage, während an dem innerhalb der Führungshülse befindlichen Körper des hülsenartigen Anschlags ein radial nach außen weisender Rastbund an einem radial nach innen gerichteten Absatz der Führungshülse anliegt. Dabei weist der aus einem Kunststoff oder aus einem Metall bestehende Anschlag innerhalb der Führungshülse eine relativ kurze axiale Ausdehnung auf, wodurch es leicht zu einer Destabilisierung der Verbindung kommen kann. Zur Erhöhung der Steifigkeit ist vorgesehen, die Wandstärke der Anschlaghülse an der Verbindungsstelle mit der Führungshülse entweder in axialer oder in radialer Richtung zu verdoppeln.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere einen konzentrischen Nehmerzylinder, zu entwickeln, der auch bei hohen Axialkräften eine zuverlässige Kolbenhubbegrenzung sowie eine eindeutige Detektierung der Position des Kolbens gewährleistet. Dabei soll eine hohe Steifigkeit bei Bauraumneutralität bzw. minimalem Bauraum sowie eine kostengünstige Fertigung und eine einfache Montage realisiert werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einer Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere einem Nehmerzylinder mit einem konzentrisch um eine Getriebeeingangswelle angeordneten Gehäuse, welches eine radial äußere Zylinderwand und eine radial innere Zylinderwand/Führungshülse aufweist, zwischen denen ein durch ein Druckmedium beaufschlagbarer und mit einem Ausrücklager in Wirkverbindung stehender ringförmiger Kolben axial beweglich angeordnet ist, wobei der Hub des Kolbens in Richtung Ausrücklager durch einen Anschlagbereich begrenzt ist, welcher an einer innerhalb der Führungshülse angeordneten Anschlaghülse ausgebildet ist, ist erfindungsgemäß der Anschlaghülse ein Versteifungselement zugeordnet.
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In vorteilhafter Weise ist das Versteifungselement rohrförmig ausgebildet und innerhalb der Anschlaghülse angeordnet, wobei der Außenumfang des Versteifungselementes an dem Innenumfang der Anschlaghülse anliegt. Das Versteifungselement erstreckt sich dabei in axialer Richtung von dem Anschlagbereich bis zu einem gegenüberliegenden Endbereich der Anschlaghülse. Vorzugsweise ist das Versteifungselement als Metallrohr ausgebildet und mit der Anschlaghülse mittels Verpressung verbunden.
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Die Anschlaghülse besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff und ist mittels einer Schnappverbindung an der Führungshülse befestigt. In vorteilhafter Weise ist die Schnappverbindung durch an dem Außenumfang der Anschlaghülse und an dem Innenumfang der Führungshülse komplementär ausgebildete Formelemente realisierbar. Dabei ist an dem Außenumfang der Anschlaghülse wenigstens ein Schnapphaken ausgebildet, welcher in wenigstens eine Ausnehmung der Führungshülse eingreift.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Halbschnitt eines erfindungsgemäßen konzentrischen Nehmerzylinders mit Anschlaghülse,
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2 eine vergrößerte Schnittdarstellung der in dem Nehmerzylinder gemäß 1 angeordneten Anschlaghülse.
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In 1 ist in einem Halbschnitt ein zu einer Getriebeeingangswelle (hier als Längsachse A angedeutet) konzentrisch angeordneter Nehmerzylinder dargestellt, welcher ein aus Kunststoff bestehendes Gehäuse mit einer inneren Zylinderwand 2 – auch als Führungshülse bezeichnet – und einer äußeren Zylinderwand 3 aufweist, zwischen denen ein ringförmiger Druckraum 4 ausgebildet ist. In dem Druckraum 4 ist ein ringförmiger Kolben 5 axial beweglich gelagert. Über einen hier nicht dargestellten Anschlussstutzen gelangt Hydraulikflüssigkeit in den Druckraum 4 und führt in an sich bekannter Weise zur Beaufschlagung und damit zur axialen Verschiebung des Kolbens 5, welcher wiederum ein durch eine Vorlastfeder 6 belastetes Ausrücklager 7 betätigt. In den nicht bezeichneten Innendurchmesser der inneren Zylinderwand/ Führungshülse 2 ist eine Anschlaghülse 8 eingesetzt, die an ihrer dem Ausrücklager 7 zugewandten Stirnseite einen nach radial außen vorstehenden, in der Art eines Flansches ausgebildeten, Anschlagbereich 8.1 aufweist. An ihrem dem Anschlagbereich 8.1 entgegengesetzten Endbereich 8.2 weist die Anschlaghülse 8 an ihrer Außenwand bzw. ihrem Außenumfang zumindest ein Formelement 8.3 auf, das mit zumindest einem an der Innenwand der Führungshülse 2 angeordneten Formelement 2.1 in Eingriff steht. Dabei ist die axiale Ausdehnung der Anschlaghülse 8 um ein Mehrfaches größer als ihre radiale Ausdehnung in Form des Anschlagbereiches 8.1.
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Die 2 zeigt in einer Schnittdarstellung die an der Innenwand bzw. dem Innenumfang der Führungshülse 2 befestigte Anschlaghülse 8, wobei die Befestigung durch eine Schnappverbindung verwirklicht wird. Die Formelemente 8.3 sind vorzugsweise als Schnapphaken ausgebildet, die mit komplementär ausgebildeten Ausnehmungen 2.1 an der Innenwand der Führungshülse 2 korrespondieren. Dabei ist wenigstens ein in der Art eines Hinterschnittes ausgebildeter Schnapphaken 8.3 vorgesehen, der in wenigstens eine Ausnehmung 2.1 der Führungshülse 2 eingreift und dadurch die aus einem Kunststoff bestehende Anschlaghülse 8 innerhalb der ebenfalls aus einem Kunststoff bestehenden Führungshülse 2 arretiert. Günstig ist die Anordnung von mehreren Schnapphaken 8.3 am Endbereich 8.2 der Anschlaghülse 8. Es ist aber auch denkbar, die Schnapphaken 8.3 an anderer Stelle der Außenwand der Anschlaghülse 8 anzuordnen, die dann mit entsprechend angebrachten Ausnehmungen 2.1 der Innenwand der Führungshülse 2 korrespondieren. Vorzugsweise ist die Ausnehmung 2.1 am Innenumfang der Führungshülse 2 radial umlaufend angeordnet.
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Zur Versteifung der Anschlaghülse 8 und damit zur Sicherung der Verbindung mit der Führungshülse 2 ist ein zusätzliches, hülsen- oder rohrförmig ausgebildetes, Versteifungselement 9 in die Anschlaghülse 8 eingebracht. Die Abmessungen des beispielsweise als ein Metallrohr ausgebildeten Versteifungselementes 9 sind so gewählt, dass es in Erstreckungsrichtung der Führungshülse 2 bzw. der Anschlaghülse 8 bis an den mit den Schnapphaken 8.3 versehenen Endbereich 8.2 der Anschlaghülse 8 heranreicht. Mittels Verpressung wird das Versteifungselement/ Metallrohr 9 in der Anschlaghülse 8 befestigt. Alternativ kann das Versteifungselement/Metallrohr 9 längs der Achse A mit einem Schlitz versehen werden und so als Spannhülse ausgeführt sein, um eine leichtere Montage zu ermöglichen und gegebenenfalls eine Kraft in radialer Richtung aufbringen zu können.
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Dabei weist die Zylinderwand/Führungshülse 2 in dem mit der Anschlaghülse 8 korrespondierenden Bereich eine entsprechend verringerte Wandstärke auf, wodurch für die Anschlaghülse 8 und das Versteifungselement 9 kein zusätzlicher Bauraum zur Verfügung gestellt werden muss.
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Bei der Montage wird zunächst die Anschlaghülse 8 in axialer Richtung in die Führungshülse 2 geschoben, bis die in Form eines Hinterschnittes ausgeführten Schnapphaken 8.3 in die Ausnehmung(en) 2.1 der Führungshülse 2 einrasten. Dann wird das rohrförmige Versteifungselement 9 ebenfalls in axialer Richtung in die Anschlaghülse 8 geschoben, bis der Endbereich 8.2 erreicht ist. Hier erfolgt die Verpressung des Versteifungselementes 9 mit der Anschlaghülse 8.
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Alternativ kann eine Verbindung des Versteifungselementes 9 mit der Anschlaghülse 8 bereits vor dem Einbau in die Führungshülse 2 des Nehmerzylinders hergestellt werden.
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Mit dieser Ausbildung eines starken Endanschlages für einen Kolben wurde eine bauraumneutrale Lösung gefunden, die großen, auf den Kolben wirkenden, Axialkräften standhält, ohne dabei die Steifigkeit der Kolben-Zylinder-Einheit zu vermindern.
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Durch die Erfindung wird insbesondere sichergestellt, dass die in automatisierten Fahrzeugen eingesetzten konventionellen konzentrischen Nehmerzylinder nicht beschädigt werden. Des Weiteren ist eine einfache und kostengünstige Montage gewährleistet. Es kann auf einen zusätzlichen Sensor verzichtet werden, da zur Detektierung der Kolbenstellung bereits in der Anwendung befindliche Sensoren eingesetzt werden können. Das bedeutet einen erheblichen Zeit- und Kostenvorteil.
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Die Erfindung kann überall dort zum Einsatz kommen, wo Endanschläge zur Begrenzung eines Hubes, Weges oder als sicherheitsfunktionelles Bauteil im Nehmerzylinder/Zentralausrücker oder auch im Bereich eines Geberzylinders benötigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- innere Zylinderwand/Führungshülse
- 2.1
- Formelement/Ausnehmung
- 3
- äußere Zylinderwand
- 4
- Druckraum
- 5
- Kolben
- 6
- Vorlastfeder
- 7
- Ausrücklager
- 8
- Anschlaghülse
- 8.1
- Anschlagbereich/Flansch
- 8.2
- Endbereich
- 8.3
- Formelement/Schnapphaken
- 9
- Versteifungselement/Metallrohr
- A
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013216052 A1 [0005]
- DE 102013218117 A1 [0007, 0009]
- DE 102013221840 A1 [0009]
- WO 2008/086763 A1 [0012]
