DE102015213040A1

DE102015213040A1 - Kolben-Zylinder-Anordnung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015213040A1
Application number: DE102015213040.1A
Authority: DE
Inventors: Manuel Baßler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung für ein Fahrzeug, umfassend einen Kolben (2), welcher axial beweglich in einem Gehäuse (3) gelagert ist, wobei der Kolben (2) über eine Kolbenstange (5) betätigbar ist, welche einen Kolbenstangenkopf (4) aufweist, der in den Kolben (2) eingreift. Bei einer Kolben-Zylinder-Anordnung ist der als Führungskolben (2) ausgebildete Kolben fest mit einem zweiten axial beweglichen Kolben (10) verbunden, wobei ein dem zweiten beweglichen Kolben (10) vorgelagerter Energiespeicher (9) ein axiales Anpresselement (7) gegen den Kolbenstangenkopf (4) drückt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung, umfassend einen Kolben, welcher axial beweglich in einem Gehäuse gelagert ist, wobei der Kolben über eine Kolbenstange betätigbar ist, welche einen Kolbenstangenkopf aufweist, der in den Kolben eingreift.
In Kraftfahrzeugen werden Kolben-Zylinder-Anordnungen vielfältig eingesetzt. So enthalten Kupplungsbetätigungseinrichtungen jeweils einen Geber- und Nehmerzylinder, welche aus einem Gehäuse bestehen, in dem ein axial beweglich gelagerter Kolben angeordnet ist. Der Geberzylinder kann dabei von einem Pedal betätigt werden, dass über eine Kolbenstange mit dem Kolben verbunden ist.
Wird die Kupplung elektronisch gesteuert betätigt, wobei ein Aktuator die Betätigung der Kupplung übernimmt, kann dennoch ein Pedal für den Fahrer vorgesehen sein, um dem Fahrer die Steuerung der Betätigung der Kupplung zu überlassen, obwohl keine direkte mechanische Verbindung oder Druckmittelverbindung zwischen dem Pedal und der Kupplung mehr vorliegt. Damit der Fahrer aber die für die tatsächliche Kupplungsbetätigung resultierende Rückstellkraft spürt, sind Pedalkraftsimulatoren bekannt geworden, die eine Pedalkraft als Kupplungsrückstellkraft simulieren, indem sie die Kupplungskennlinien nachbilden.
Die Kolbenstange verfügt in beiden Fällen über einen Kugelkopf, welcher sich bei der Betätigung des Kolbens bewegt und dabei eine Schwenkbewegung um die Achse des Gehäuses ausführt. Damit der Kugelkopf mit dem Kolben gefügt werden kann, ist ein Spiel zwischen diesen Bauteilen notwendig. Das Spiel kann zu unangenehmen Geräuschen bei der Betätigung der Kolben-Zylinder-Anordnung führen und sich über die Lebensdauer aufgrund von Verschleiß sogar vergrößern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Zylinder-Anordnung anzugeben, welche eine spielfreie Anbindung der Kolbenstange ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass der als Führungskolben ausgebildete Kolben fest mit einem zweiten axial beweglichen Kolben verbunden ist, wobei ein dem zweiten beweglichen Kolben vorgelagerter Energiespeicher ein axiales Anpresselement gegen den Kolbenstangenkopf drückt. Dies hat den Vorteil, dass eine definierte Reibung zwischen Kolbenstange und Kolben erzeugt wird und eine spielfreie Anbindung der Kolbenstange an den Kolben erfolgt. Gleichzeitig wird bei der Betätigung der Kolben-Zylinder-Anordnung durch den Energiespeicher und die Schwenkbewegung eine Reibkraft überwunden, wodurch eine definierte Hysterese erzeugt wird.
Vorteilhafterweise ist der Energiespeicher als Federelement und/oder als ein Elastomer ausgebildet.
In einer Ausgestaltung ist das axiale Anpresselement als Anpresskolben mit einer kugelförmigen Ausnehmung ausgebildet, wobei der kugelförmig ausgebildete Kolbenstangenkopf in der kugelförmigen Ausnehmung gehalten ist. Dadurch kann der Kolbenstangenkopf nicht aus der Ausnehmung heraus rutschen.
In einer Variante sind der Führungskolben und/oder der zweite beweglich gelagerte Kolben an einem Innendurchmesser des zylinderförmigen Gehäuses geführt. Durch diese Führung am Innendurchmesser wird eine zuverlässige Bewegung des Führungskolbens und des weiteren axial beweglichen Kolbens in axialer Richtung gewährleistet.
In einer Ausführungsform weist der Führungskolben einen Hinterschnitt zur Halterung des Kolbenstangenkopfes auf. Durch diesen Hinterschnitt wird der Kolbenstangenkopf fest gehalten und gegen ein Herausrutschen gesichert. Dies ist insbesondere dann gegebene, wenn der Hinterschnitt etwa um 120° bis 160° zur Längserstreckung des Anpresskolbens ausgebildet ist.
In einer Weiterbildung liegt der zweite beweglich gelagerte Kolben an einem radialen, nach innen gerichteten Vorsprung des Gehäuses im unbetätigten Zustand an. Dadurch wird ein oberer Anschlag des Kolben-Zylinder-Anordnung gebildet, wodurch verhindert wird, dass der Kolben und die Kolbenstange bei einer Schließbewegung aus dem Gehäuse herausfallen.
Dies wird besonders zuverlässig realisiert, wenn der zweite beweglich gelagerte Kolben einen größeren Außendurchmesser als der Führungkolben aufweist, wobei der zweite beweglich gelagerte Kolben an einem größeren Innendurchmesser des Gehäuses geführt ist als der Führungskolben und der Vorsprung durch eine Stufe zwischen größeren und kleineren Innendurchmesser des Gehäuses gebildet wird. Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung im nicht betätigten Zustand,
2 das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung im betätigten Zustand.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung 1 dargestellt, welche in Kupplungsbetätigungseinrichtungen von Kraftfahrzeugen als Geberzylinder oder bei Clutch-by-wire-Kupplungssystemen als Pedalkraftsimulator eingesetzt werden können.
Die Kolben-Zylinder-Anordnung 1 besteht aus einem axial beweglich gelagerten Führungskolben 2, welcher in einem, vorzugsweise zylinderförmigen, Gehäuse 3 geführt ist. In den Führungskolben 2 greift ein Kolbenstangenkopf 4 einer Kolbenstange 5 ein, welche mit einem nicht weiter dargestellten Fahrpedal, dass von dem Fahrzeugführer betätigt wird, verbunden ist. Der Kolbenstangenkopf 4 ist als Kugelkopf ausgebildet, der von dem Führungskolben 2 kolbenstangenseitig durch einen Hinterschnitt 6 festgehalten wird.
In axialer Richtung schließt sich an den Kolbenstangenkopf 4 ein Anpresskolben 7 an, der eine kreisförmige Ausnehmung 8 aufweist, in welcher der Kolbenstangenkopf 4 anliegt. Der Anpresskolben 7 wird in axialer Richtung durch einen als Tellerfederpaket ausgebildeten Energiespeicher 9 gegen den Kolbenstangenkopf 4 gedrückt. Alternativ zum Tellerfederpaket kann der Energiespeicher 9 auch als Druckfeder oder Elastomer ausgebildet sein.
Der Energiespeicher 9 wird in axialer und radialer Richtung von einem weiteren axial beweglichen Kolben 10 geführt, der mit dem Führungskolben 2 fest verbunden ist. So können der Führungskolben 2 und der weitere Kolben 10 beispielsweise miteinander verschraubt sein. Es ist aber auch jede andere Verbindungstechnik vorstellbar.
Der weitere Kolben 10 liegt auf dem Führungskolben 2 auf und ist rotationssymmetrisch mit einem Zylinderkörper 11, 12 ausgebildet, mit welchem ein Teil des Anpresskolbens 7 umfasst wird, wobei zwischen dem weiteren Kolben 10 und dem Anpresskolben 7 der Energiespeicher 9 gelagert ist Führungskolben 2, Anpresskolben 7 und weitere Kolben 10 bilden eine Kolbeneinheit, wobei der Führungskolben 2 und der weitere Kolben den an den Kolbenstangenkopf 4 angedrückte Anpresskolben 7 einschließen.
Der weitere Kolben 10 weist einen größeren Außendurchmesser auf als der Führungskolben 2. Sowohl der Führungskolben 2 als auch der weitere Kolben 10 liegen an einem Innendurchmesser des Gehäuses 3 an. Dabei wird der Führungskolben 2 an einem kleineren Innendurchmesser 13 des Gehäuses 3 geführt, während der weitere Kolben 10 an einem größeren Innendurchmesser 14 des Gehäuses anliegt.
Ein Übergang zwischen dem kleineren und dem größeren Innendurchmesser 13, 14 des Gehäuses 3 wird durch eine umlaufende Stufe 15 gebildet, an welcher der weitere Kolben 10 anliegt. Diese Position des weiteren Kolbens 10 entspricht dem unbetätigten Fahrpedal, wie es in 1 gezeigt ist.
Wird nun das Fahrpedal durch den Fahrzeugnutzer betätigt, bewegt sich die Kolbenstange 5 von links nach rechts und führt dabei eine Schwenkbewegung um die Achse der Kolben-Zylinder-Anordnung 1 aus. Dabei wird der Anpresskolben 7 in axialer Richtung von dem Energiespeicher 9 gegen die Kolbenstange 5, insbesondere den Kolbenstangenkopf 4, gedrückt. Dadurch und durch die Schwenkbewegung muss für die Betätigung eine Reibkraft überwunden werden, welche eine definierte Hysterese erzeugt.
Bei einem durchgetretenen Fahrpedal erreicht die beschriebene Kolben-Zylinder-Anordnung 1 die in 2 dargestellt Position, wobei der Führungskolben 2 bis an die Stufe 15 des Gehäuses 3 geführt ist, dabei aber nicht den kleineren Innendurchmesser 13 des Gehäuses 3 verlässt.
Durch die unterschiedlichen Innendurchmesser 13, 14 und die Stufe 15 des Gehäuses 3 werden die Kolbenstange 5 und der Kolbenstangenkopf 4 bei der Rückbewegung von rechts nach links daran gehindert, aus dem Gehäuse 3 herauszufallen.
Bezugszeichenliste

1: Kolben-Zylinder-Anordnung
2: Führungskolben
3: Gehäuse
4: Kolbenstangenkopf
5: Kolbenstange
6: Hinterschnitt
7: Anpresskolben
8: Ausnehmung
9: Energiespeicher
10: weiterer axial beweglicher Kolben
11: Zylinder
12: Zylinder
13: Kleinerer Innendurchmesser
14: Größerer Innendurchmesser
15: Vorsprung

Claims

Kolben-Zylinder-Anordnung für ein Fahrzeug, umfassend einen Kolben (2), welcher axial beweglich in einem Gehäuse (3) gelagert ist, wobei der Kolben (2) über eine Kolbenstange (5) betätigbar ist, welche einen Kolbenstangenkopf (4) aufweist, der in den Kolben (2) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass der als Führungskolben (2) ausgebildete Kolben fest mit einem zweiten axial beweglichen Kolben (10) verbunden ist, wobei ein, dem zweiten beweglichen Kolben (10) vorgelagerter Energiespeicher (9) ein axiales Anpresselement (7) gegen den Kolbenstangenkopf (4) drückt.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (9) als Federelement und/oder als ein Elastomer ausgebildet ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Anpresselement als Anpresskolben (7) mit einer kugelförmigen Ausnehmung (8) ausgebildet ist, wobei der kugelförmig ausgebildete Kolbenstangenkopf (4) in der kreisförmigen Ausnehmung (8) gehalten ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskolben (2) und/oder der zweite beweglich gelagerte Kolben (10) an einem Innendurchmesser (13, 14) des zylinderförmigen Gehäuses (3) geführt sind.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskolben (2) einen Hinterschnitt (6) zur Halterung des Kolbenstangenkopfes (4) aufweist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite beweglich gelagerte Kolben (10) an einem radialen, nach innen gerichteten Vorsprung (15) des Gehäuses (3) im unbetätigten Zustand anliegt.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite beweglich gelagerte Kolben (10) einen größeren Außendurchmesser als der Führungkolben (2) aufweist, wobei der zweite beweglich gelagerte Kolben (10) an einem größeren Innendurchmesser (14) des Gehäuses (2) geführt ist als der Führungskolben (2) und der Vorsprung (15) durch eine Stufe zwischen größeren und kleineren Innendurchmesser (14, 13) des Gehäuses (3) gebildet ist.