DE102015219631A1

DE102015219631A1 - Kolben-Hülsen-Bauteil für ein mit Druckmittel beaufschlagbares Stellglied, mit Druckmittel beaufschlagbares Stellglied sowie Verteilergetriebe

Info

Publication number: DE102015219631A1
Application number: DE102015219631.3A
Authority: DE
Inventors: Tobias Brilka
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2016-09-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Hülsen-Bauteil (201) für ein mit Druckmittel beaufschlagbares Stellglied (401), umfassend einen Kolben (203) und eine Hülse (202), wobei die Hülse (202) rohrartig derart ausgebildet ist, dass sie eine Schaltstange (110) unter Gewährleistung einer axialen Verschiebbarkeit auf der Schaltstange (110) radial einfassen kann und wobei der Kolben (203) scheibenartig und mit einer den Kolben (203) axial durchdringenden Öffnung (209) ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Kolben-Hülsen-Bauteil (21) zeichnet sich dadurch aus, dass ein Endstück der Hülse (202) und die Öffnung (209) des Kolbens (203) derart ausgebildet sind, dass sie miteinander als Bajonettverschluss wirken. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Stellglied (401) und ein Verteilergetriebe (501).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Hülsen-Bauteil für ein mit Druckmittel beaufschlagbares Stellglied gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein mit Druckmittel beaufschlagbares Stellglied gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 14 sowie ein Verteilergetriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 17.
Im Stand der Technik sind sog. Differentialgetriebe bekannt, welche insbesondere auch in den Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen Verwendung finden. Diese Differentialgetriebe ermöglichen über ihre Verteilerfunktion eine situationsangepasste Verteilung des Motormoments auf die Fahrzeugräder. Baustellenfahrzeuge, wie z.B. Bagger oder Radlader, die sich regelmäßig in unwegsamem Gelände fortbewegen, sind darüber hinaus oftmals zusätzlich mit einer sog. Differentialsperre ausgestattet, welche die Verteilerfunktion des Differentialgetriebes sperren kann und somit dafür sorgt, dass die Drehzahl und das Drehmoment der Räder der gesperrten Achse jeweils identisch sind. Dies gewährleistet ein bestmögliches Fortkommen derartiger Fahrzeuge selbst in äußerst unwegsamem Gelände. Das Einrücken bzw. Ausrücken dieser Differentialsperren erfolgt dabei über hierfür geeignete Aktuatoren, welche üblicherweise mittels einer Schaltgabel in eine Schiebemuffe eingreifen und diese zur Betätigung der Differentialsperre in eine das Differential sperrende oder das Differential freigebende Position schieben.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 103 34 450 A1 eine formschlüssige Differentialsperre für Verteilergetriebe und Ausgleichsgetriebe von Fahrzeugen. Die bekannte Differentialsperre wird von einem mit Druckfluid beaufschlagbaren, doppelwirkenden Betätigungszylinder betätigt. Dies ermöglicht das Einrücken der Differentialsperre ohne Gegenkraft. Ab einem definierten Verschiebeweg des Kolbens im Betätigungszylinder, bei welchem die Differentialsperre eingerückt ist, verschließt ein Steuerschieber eine Druckmittelrückführleitung der nicht mit Druck beaufschlagten Kammer. Gleichzeitig wird der Druck in der mit Druck beaufschlagten Kammer reduziert, so dass die Differentialsperre ausschließlich von einem anliegenden Drehmoment im eingerückten Zustand gehalten wird. Fällt das Drehmoment unter ein definiertes Niveau, so wird die Differentialsperre selbsttätig ausgerückt.
Aus der EP 0 510 457 B1 sind eine formschlüssige Kupplung für ein Verteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zu deren Betätigung bekannt. Die als Klauenkupplung ausgebildete Kupplungsanordnung besteht einerseits aus einem treibenden Kupplungsteil, welcher mit einem angetriebenen Radantriebsstrang in Verbindung steht und andererseits aus einem getriebenen Kupplungsteil, welcher mit einem zu aktivierenden Radantriebsstrang verbunden ist und eine Schiebemuffe umfasst, um über ein Einrückglied mittels einer Schaltgabel bewegt zu werden. Das Einrückglied umfasst einen Kolben mit einer Kolbenstange und einen Fluidzylinder. Am vorderen Ende der Kolbenstange ist eine Schaltgabel befestigt. Der Kolben wird auf einer Seite mit Fluid beaufschlagt während sich auf einer anderen Seite eine Druckfeder abstützt. In der Ruhestellung wird die Schaltgabel durch die Druckfeder in eine erste Richtung gedrückt und bringt die Kupplung in einen ausgerückten Zustand. Der eingerückte Zustand der Kupplung wird dadurch erreicht, dass durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung die Kolbenstange in eine zweite Richtung bewegt wird, bis die Kupplungsteile formschlüssig miteinander verbunden sind.
Die 1 zeigt weiterhin ein der Anmelderin bekanntes Kolben-Hülsen-Bauteil eines einfachwirkenden fluidbetätigbaren Aktuators. Der Aktuator umfasst u.a. ein als Schraubenfeder ausgebildetes Rückstellelement und eine mit Fluiddruck beaufschlagbare Arbeitskammer eines Arbeitszylinders. Der Kolben des Kolben-Hülsen-Bauteils ist dabei formschlüssig auf der Führungshülse des Kolben-Hülsen-Bauteils angeordnet, wobei er auf einer Seite durch eine radiale Umfangszunahme der Führungshülse abgestützt wird und auf der anderen Seite durch einen Sicherungsring abgestützt wird.
Die bekannten Kupplungen bzw. Differentialsperren sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass die mechanische Stabilität der Aktuatoren dieser Kupplungen bzw. Differentialsperren den hohen auftretenden Belastungen häufig nicht dauerhaft gewachsen ist. Insbesondere die Verbindung des Kolbens zu einer die Schaltstange umgreifenden und auf der Schaltstange axial verschiebbaren Führungshülse stellt aufbaubedingt eine mechanische Schwachstelle des Aktuators dar. Bei der Montage derartiger Aktuatoren ist es nämlich üblich, den Kolben direkt im Arbeitszylinder mittels eines Sicherungsrings auf der Führungshülse zu fixieren. Da der Kolben jedoch bei jedem Ein- bzw. Ausrückvorgang mit vergleichsweise großem pneumatischem oder hydraulischem Druck beaufschlagt wird, ist die mechanische Festigkeit einer derartigen Anbringung im Dauerbetrieb oftmals nicht ausreichend und führt zu einem unerwünschten Ablösen des Kolbens von der Führungshülse. Gleichzeitig unterliegt die Montage des Kolbens im Arbeitszylinder engen Bauraumrestriktionen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kolben-Hülsen-Bauteil für ein mit Druckmittel beaufschlagbares Stellglied vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kolben-Hülsen-Bauteil für einen fluidbetätigbaren Aktuator gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft ein Kolben-Hülsen-Bauteil für ein mit Druckmittel beaufschlagbares Stellglied, umfassend einen Kolben und eine Hülse, wobei die Hülse rohrartig derart ausgebildet ist, dass sie eine Schaltstange unter Gewährleistung einer axialen Verschiebbarkeit auf der Schaltstange radial einfassen kann und wobei der Kolben scheibenartig und mit einer den Kolben axial durchdringenden Öffnung ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Kolben-Hülsen-Bauteil zeichnet sich dadurch aus, dass ein Endstück der Hülse und die Öffnung des Kolbens derart ausgebildet sind, dass sie miteinander als Bajonettverschluss wirken.
Daraus ergibt sich gegenüber den bekannten Kolben-Hülsen-Bauteilen, welche auf einen Sicherungsring zur Fixierung des Kolbens auf der Hülse zurückgreifen, zunächst der Vorteil, dass ein Ablösen des Kolbens von der Hülse selbst unter vergleichsweise hohen Belastungen deutlich erschwert ist, da der Kolben durch den Bajonettverschluss, also eine Formschlussverbindung, nicht mehr von der Hülse entfernt werden kann. Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Bajonettverschluss aufgrund seiner gegenüber einem herkömmlichen Sicherungsring vergleichsweise massiven Ausbildungsform wesentlich besser dazu geeignet sind, auch hohe Kräfte beschädigungsfrei aufzunehmen.
Ein nochmals weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils liegt in der Reduzierung der benötigten Einzelteile bei der Montage eines das erfindungsgemäße Kolben-Hülsen-Bauteil umfassenden Stellglieds, da vorteilhaft auf den üblicherweise benötigten Sicherungsring verzichtet werden kann. Dies reduziert den Montageaufwand.
Der Begriff „axial“ bezeichnet im Sinne der Erfindung eine Richtung, die parallel zur Längsachse der Hülse verlauft. Der Begriff „radial“ hingegen bezeichnet erfindungsgemäß eine Richtung, die orthogonal zur Längsachse der Hülse ausgerichtet ist.
Der Begriff „scheibenartig“ beschreibt erfindungsgemäße eine im Wesentlichen flache geometrische Ausbildung des Kolbens, deren radiale Erstreckung größer als ihre axiale Erstreckung ist. Diese scheibenartige Ausbildung muss nicht zwingend einen kreisförmigen axialen Querschnitt aufweisen. Stattdessen sind auch kantige oder ovale axiale Querschnitte erfindungsgemäß möglich. Ebenso kann der Kolben strukturelle Erhebungen bzw. Vertiefungen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung aufweisen.
Der Begriff „rohrartig“ beschreibt im Sinne der Erfindung eine zumindest teilweise hohle und an mindestens einem axialen Ende eine Öffnung aufweisende Ausbildung der Hülse. Diese rohrartige Ausbildung muss nicht zwingend einen kreisförmigen axialen Querschnitt aufweisen. Stattdessen sind auch kantige oder ovale axiale Querschnitte erfindungsgemäß möglich.
Bevorzugt weist die Hülse jedoch eine an beiden axialen Enden jeweils eine Öffnung mit einem axial durchgehenden, tunnelartigen Hohlraum auf. Sofern jedoch nur ein axiales Ende der Hülse eine Öffnung aufweist, so ist dies vorzugsweise dasjenige Ende, welches dem durch die Öffnung des Kolbens führbaren Endstück der Hülse abgewandt ist.
Das Kolben-Hülsen-Bauteil besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl. Dies gewährleistet eine vergleichsweise große Robustheit und damit Langlebigkeit des Kolben-Hülsen-Bauteils auch unter regelmäßigen und hohen Belastungen. Besonders bevorzugt bestehen der Kolben und die Hülse aus demselben Metall.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Kolben-Hülsen-Bauteil bzw. der Kolben bzw. die Hülse spanend hergestellt wird. Alternativ und ebenso bevorzugt ist aber auch eine nicht-spanende Herstellungsweise des Kolben-Hülsen-Bauteils bzw. des Kolbens bzw. der Hülse möglich, z.B. mittels Kaltverformens.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Öffnung des Kolbens kreisförmig ausgebildet ist. Insbesondere ist auch ein axialer Querschnitt der Hülse kreisförmig. Dies begünstigt eine verbesserte Abdichtbarkeit des Kolbens gegen die Hülse hinsichtlich eines zur Betätigung des Stellglieds verwendeten Druckmittels. Alternativ ist jedoch auch eine ovale, elliptische oder kantige Ausbildung der Öffnung und eine entsprechend angepasste Ausbildung des axialen Querschnitts der Hülse möglich. Ganz besonders bevorzugt sind die Öffnung des Kolbens und der axiale Querschnitt der Hülse derart aufeinander abgestimmt, dass sie eine bündige Verbindung mit nur geringem radialem und axialem Spiel erlauben.
Vorzugsweise ist die Öffnung koaxial im Kolben angeordnet. Dies führt zu einem gleichmäßigen Einwirken der durch eine Druckmittelbeaufschlagung erzeugten und auf den Kolben wirkenden Kraft, was wiederum die Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils verbessert.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Kolben zumindest an seinem radialen Innenumfang ein Dichtelement aufweist. Dadurch kann eine Druckmitteldichtigkeit des Kolbens gegenüber der Hülse verbessert werden. Da das erfindungsgemäße Kolben-Hülsen-Bauteil zur Verwendung in einem fluidbetätigbaren Stellglied vorgesehen ist und eine Betätigung des Stellglieds maßgeblich durch eine Druckmittelbeaufschlagung erfolgt, ist die Druckmitteldichtigkeit von herausgehobener Bedeutung. Besonders bevorzugt weist der Kolben auch an seinem radialen Außenumfang ein Dichtelement auf, welches die Druckmitteldichtigkeit des Kolbens gegenüber weiteren Elementen des Stellglieds verbessert.
Als Dichtelement bzw. Dichtelemente können z.B. O-Ringe herangezogen werden. Insbesondere die Verwendung von Vierlippendichtringen bzw. die gleichzeitige Verwendung von zwei O-Ringen am radialen Außenumfang des Kolbens ist dabei bevorzugt. Besonders bevorzugt ist der Vierlippendichtring bzw. sind die zwei O-Ringe dazu in einer bzw. in jeweils einer hierfür geeigneten Nut angeordnet, welche radial um den Außenumfang des Kolbens umläuft.
Das durch die Öffnung des Kolbens geführte Endstück der Hülse ist bevorzugt nur bis zu einem vorgegebenen Anschlag durch die Öffnung führbar. Der vorgegebene Anschlag kann z.B. durch eine Zunahme des äußeren Radialumfangs der Hülse gewährleistet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kolben einen die Öffnung axial teilweise bedeckenden inneren Bund als axiales Formschlusselement des Bajonettverschlusses aufweist. Da der innere Bund als Teil des Kolbens vergleichsweise massiv und stabil ausgebildet sein kann, so dass er auch vergleichsweise hohe Belastungen und Kräfte aufnehmen kann, eignet er sich vorteilhaft als Formschlusselement.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Hülse mindestens einen das Endstück radial teilweise überragenden äußeren Bund sowie eine durch eine Ringnut vom einzelnen äußeren Bund getrennte Radialumfangszunahme der Hülse als axiale Formschlusselemente des Bajonettverschlusses aufweist. Auch der mindestens eine äußere Bund kann als Teil der Hülse vergleichsweise massiv ausgebildet sein, so dass auch er vergleichsweise hohe Belastungen und Kräfte aufnehmen kann. Ein Bajonettverschluss, der durch den genannten inneren Bund und den genannten äußeren Bund gebildet wird, ist dementsprechend ebenfalls vergleichsweise massiv und belastbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass in einer Verschlussposition des Bajonettverschlusses der innere Bund und die äußeren Bunde oder der innere Bund und der einzelne äußere Bund axial überlagert sind, so dass eine axial formschlüssige Verbindung des Kolbens mit der Hülse besteht. Diese formschlüssige Verbindung stellt also den Bajonettverschluss dar, wobei die Verbindung aufgrund der beschriebenen und vergleichsweise massiven Ausbildung des Bajonettverschlusses ebenfalls vergleichsweise massiv und belastbar ist.
Der Begriff „Verschlussposition“ beschreibt im Sinne der Erfindung einen Zustand des Bajonettverschlusses, welcher nach dem Einführen der Hülse in die Öffnung des Kolbens durch entgegengesetztes Verdrehen des Kolbens zur Hülse um die Längsachse erreicht wird. In diesem Zustand sind die Hülse und der Kolben axial formschlüssig verbunden. Die Verschlussposition muss sich dabei nicht auf einen spezifischen Verdrehwinkel begrenzen sondern kann auch einen Verdrehwinkelbereich von bis zu 180° einnehmen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der innere Bund kreisabschnittsförmig oder ringabschnittsförmig ausgebildet ist und dass mindestens ein äußerer Bund derart ausgebildet ist, dass er in einer Einführposition des Bajonettverschlusses den inneren Bund zu einem vollständigen axialen Ring ergänzt. In anderen Worten bedeutet dies, dass – ausgehend von einem gedachten, vollständigen axialen Ring um das Endstück der Hülse – ein oder mehrere Kreisabschnitte oder Ringabschnitte dieses Rings gedanklich vom Ring abgetrennt werden und die Öffnung im Kolben teilweise bedeckend als innerer Bund am Kolben angeordnet werden. Die gedanklich verbleibenden Flächenabschnitte des axialen Rings werden nun das Endstück der Hülse radial teilweise überragend als äußerer Bund an der Hülse angeordnet. Eine derartige Ausbildungsform hat sich als vergleichsweise einfach herstellbar und gleichzeitig sehr belastbar erwiesen.
Der Begriff „Einführposition“ beschreibt im Sinne der Erfindung einen Zustand des Bajonettverschlusses, in welchem einerseits ein Einführen der Hülse in die Öffnung des Kolbens möglich ist und andererseits auch ein Herausführen der Hülse aus der Öffnung des Kolbens möglich ist. Dieser Zustand ist abhängig vom eingenommenen Verdrehwinkel der Hülse relativ zum Kolben um die Längsachse und muss sich nicht auf einen spezifischen Verdrehwinkel begrenzen sondern kann auch einen Verdrehwinkelbereich von bis zu 180° einnehmen.
Unter dem Begriff „kreisabschnittsförmig“ wird im Sinne der Erfindung ein Flächenanteil eines Vollkreises verstanden, der durch zwei Punkte auf dem Kreisrand definiert ist: Die zwei Punkte werden dazu durch eine gedachte Linie verbunden, so dass der durch die gedachte Linie und den kürzeren Kreisrand zwischen den zwei Punkten definierte Flächenanteil kreisabschnittsförmig im erfindungsgemäßen Sinne ist.
Unter dem Begriff „ringabschnittsförmig“ wird im Sinne der Erfindung ein Flächenanteil eines Rings verstanden, der sich über einen vorgebbaren Winkelbereich um die Längsachse, nämlich den Verdrehwinkelbereich im erfindungsgemäßen Sinne, erstreckt, wobei sich dieser Winkelbereich vom radialen Mittelpunkt des Rings ausgehend bemisst.
Bevorzugt ist das Endstück der Hülse bzw. die Hülse in der Öffnung des Kolbens radial verdrehbar, insbesondere von der Einführposition in die Verschlussposition radial verdrehbar. Besonders bevorzugt ist das Endstück der Hülse bzw. die Hülse in der Öffnung des Kolbens erst bei Erreichen des vorgegebenen axialen Anschlags radial verdrehbar.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der innere Bund und/oder der mindestens eine äußere Bund jeweils mehrteilig ausgebildet sind. Dies bedeutet also, dass mehrere, den inneren Bund darstellende kreisbogenförmige Flächenanteile jeweils die Öffnung des Kolbens teilweise bedecken und/oder dass mehrere, den äußeren Bund darstellende ringabschnittsförmige Flächenanteile jeweils das Endstück der Hülse teilweise radial überragen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der innere Bund die Öffnung in einem Verdrehwinkelbereich von höchstens 180° bedeckt und/oder dass der äußere Bund das Endstück in einem Verdrehwinkelbereich von höchstens 180° überragt. Dies gewährleistet ein einfaches Durchführen des Endstücks der Hülse durch die Öffnung des Kolbens in der Einführposition. Da die Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils mit dem vom inneren Bund und vom äußeren Bund jeweils eingenommenen Verdrehwinkelbereich zunimmt, ist es insbesondere bevorzugt, dass der innere Bund die Öffnung in einem Verdrehwinkelbereich von 180° bedeckt und/oder dass der äußere Bund das Endstück in einem Verdrehwinkelbereich von 180° überragt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Kolben-Hülsen-Bauteil weiterhin eine Verdrehsicherung umfasst, wobei die Verdrehsicherung dazu ausgebildet ist, ein Verdrehen aus der Verschlussposition in die Einführposition zu blockieren zu blockieren. Somit kann vorteilhaft verhindert werden, dass das Kolben-Hülsen-Bauteil unbeabsichtigt aus der Verschlussposition in die Einführposition verdreht wird, was zur Folge hätte, dass der Bajonettverschluss geöffnet wäre und der Kolben nicht mehr formschlüssig und axialfest mit der Hülse verbunden wäre.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Verdrehsicherung eine axial verlaufende Bohrung im Kolben umfasst. Eine Bohrung bildet einen einfachen, belastbaren und für unterschiedlichste Verdrehsicherungsmittel geeigneten Angriffspunkt.
Die erfindungsgemäße Verdrehsicherung umfasst dabei eine Reihe von zusammenwirkenden Verdrehsicherungsmitteln, welche gemeinsam die Verdrehsicherung darstellen.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Verdrehsicherung eine Vielzahl von axial verlaufenden Bohrungen im Kolben umfasst.
Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Verdrehsicherung weiterhin eine axial verlaufende Bohrung in der Hülse umfasst, wobei die Bohrung im Kolben und die Bohrung in der Hülse in der Verschlussposition fluchtend sind. Durch das Vorhandensein einer zusätzlichen Bohrung in der Hülse, insbesondere durch die in der Verschlussposition fluchtende Ausbildung der Bohrung im Kolben und der Bohrung in der Hülse, wird unterschiedlichsten Verdrehsicherungsmitteln ein gemeinsamer Angreifpunkt am Kolben und an der Hülse zum Fixieren der Verschlussposition geboten.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Verdrehsicherung auch eine Vielzahl von axial verlaufenden Bohrungen in der Hülse umfasst
Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bohrung im Kolben und/oder die Bohrung in der Hülse als Gewindebohrung ausgebildet ist. Eine Gewindebohrung ermöglicht vorteilhafterweise die Verwendung einer geeigneten Schraube als Verdrehsicherungsmittel. Eine Schraube als Verdrehsicherungsmittel bietet dabei allgemein die Vorteile hoher Stabilität und Robustheit in Verbindung mit vergleichsweise niedrigen Beschaffungskosten.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Vielzahl von axial verlaufenden Bohrungen im Kolben bzw. in der Hülse sämtlich oder teilweise als Gewindebohrungen ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Verdrehsicherung ein radial formschlüssig an das Endstück der Hülse ansetzendes Blockierstück umfasst, wobei das Blockierstück mittels einer in die Bohrung im Kolben greifenden Schraube oder mittels eines in die Bohrung im Kolben greifenden Spannstifts am Kolben befestigbar ist. Die Verwendung eines Blockierstücks stellt eine alternative oder zusätzliche und ebenso bevorzugte Möglichkeit zur radialen Fixierung des Kolben-Hülsen-Bauteils in Verschlussposition wie die Verwendung eines unmittelbar in die Bohrungen im Kolben bzw. in der Hülse greifenden Verdrehsicherungsmittels dar.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass mehrere Blockierstücke verwendet werden, um das Kolben-Hülsen-Bauteil in der Verschlussposition zu fixieren. Entsprechend weisen in diesem Fall der Kolben bzw. die Hülse auch mehrere Bohrungen, insbesondere Gewindebohrungen, auf. Je mehr Blockierstücke bzw. Verdrehsicherungsmittel verwendet werden, desto zuverlässiger kann ein unbeabsichtigtes Verdrehen aus der Verschlussposition in die Einführposition vermieden werden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bohrung im Kolben den inneren Bund axial durchsticht und die Bohrung in der Hülse den mindestens einen äußeren Bund axial durchsticht. Da sowohl der innere Bund als auch der äußere Bund vergleichsweise massiv ausgebildet sind, kann somit ein sicherer und zuverlässiger Sitz bei gleichzeitig hoher Belastbarkeit von in die Bohrungen greifenden Verdrehsicherungsmitteln gewährleistet werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schraube oder der Spannstift gleichzeitig in die Bohrung der Hülse und in die Bohrung im Kolben greift. Sowohl eine Schraube als auch ein Spannstift stellen gleichermaßen einfache wie zuverlässige Verdrehsicherungsmittel dar.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Verdrehsicherung eine Vielzahl von Schrauben und/oder Spannstiften umfasst. Je mehr Schrauben und/oder Spannstifte bzw. Verdrehsicherungsmittel verwendet werden, desto zuverlässiger kann ein unbeabsichtigtes Verdrehen aus der Verschlussposition in die erste Einführposition vermieden werden.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die axiale Bohrung in der Hülse bzw. die Vielzahl von axialen Bohrungen in der Hülse sich über den mindestens einen äußeren Bund bzw. über das Endstück hinaus axial bis in den Hülsenkörper erstrecken. Dies ermöglicht einen noch zuverlässigeren Sitz der Schraube bzw. des Spannstifts.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein mit Druckmittel beaufschlagbares Stellglied, umfassend einen Betätigungszylinder, eine Schaltstange, eine Schaltgabel und ein Kolben-Hülsen-Bauteil, wobei der Betätigungszylinder als das Kolben-Hülsen-Bauteil und die Schaltstange zumindest teilweise radial einfassender Hohlkörper ausgebildet ist, wobei ein Kolben des Kolben-Hülsen-Bauteils den Betätigungszylinder druckmitteldicht in zwei Kammern unterteilt, wobei der Kolben axial verschiebbar im Betätigungszylinder angeordnet ist, wobei eine Hülse des Kolben-Hülsen-Bauteils axial verschiebbar auf der Schaltstange angeordnet ist und wobei der Kolben mechanisch axial derart mit der Schaltgabel gekoppelt ist, dass eine Axialbewegung des Kolbens eine identische Axialbewegung der Schaltgabel verursacht. Das erfindungsgemäße Stellglied zeichnet sich dadurch aus, dass das Kolben-Hülsen-Bauteil als ein erfindungsgemäßes Kolben-Hülsen-Bauteil ausgebildet ist.
Durch das Zurückgreifen auf das erfindungsgemäße Kolben-Hülsen-Bauteils für das erfindungsgemäße Stellglied ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem Kolben-Hülsen-Bauteil genannten Vorteile auch für das Stellglied.
Das Stellglied bzw. die Bestandteile des Stellglieds bestehen vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl. Dies gewährleistet eine vergleichsweise große Robustheit und damit Langlebigkeit des Stellglieds auch unter regelmäßigen und hohen Belastungen. Sämtliche Bestandteile können sowohl spanend als auch nicht-spanend hergestellt werden.
Bevorzugt ist ein radialer Innenumfang der Hülse über die gesamte axiale Erstreckung der Hülse konstant. Damit kann das Kolben-Hülsen-Bauteil radial weitgehend spielfrei und axial verschiebbar auf der Schaltstange angeordnet werden.
Vorteilhaft ist der radiale Außenumfang des Kolbens an den radialen Innenumfang des Betätigungszylinders dahingehend angepasst, dass er dem radialen Innenumfang des Betätigungszylinders unter Gewährung eines geringfügigen, zur Gewährleistung der Verschiebbarkeit der Hülse auf der Schaltstange notwendigen Radialspiels, identisch entspricht.
Die Schaltstange weist bevorzugt einen kreisförmigen Radialquerschnitt bzw. radialen Außenumfang auf. Alternativ ist jedoch auch ein ovaler, elliptischer oder kantiger Radialquerschnitt der Schaltstange möglich.
Vorteilhaft ist der radiale Außenumfang der Schaltstange an den radialen Innenumfang der Hülse dahingehend angepasst, dass er dem radialen Innenumfang der Hülse unter Gewährung eines geringfügigen, zur Gewährleistung der Verschiebbarkeit der Hülse auf der Schaltstange notwendigen Radialspiels, identisch entspricht.
Die Axialbewegung des Kolbens ist eine axiale Bewegung auf der Schaltstange, welche über die mechanische axiale Kopplung an die Schaltgabel weitergegeben wird. Die Schaltgabel ihrerseits kann nun z.B. in eine Schaltmuffe eingreifen. Die Schaltmuffe wiederum kann beispielsweise eine Lamellenbremse betätigen, die eine Verteilerfunktion eines Differentialgetriebes freigibt oder sperrt. Somit kann die Differentialsperre eines Differentialgetriebes also über den erfindungsgemäßen Aktuator eingerückt bzw. ausgerückt werden. Auf analoge Art und Weise kann mittels des erfindungsgemäßen Stellglieds z.B. auch eine antreibbare Achse eines Kraftfahrzeugs, welches mehrere antreibbare Achsen umfasst, bedarfsweise zugeschaltet bzw. abgeschaltet werden.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Kolben mechanisch axial mittels der Hülse mit der Schaltgabel gekoppelt ist. Z.B. kann die Hülse über ein geeignetes Verbindungselement mit der Schaltgabel gekoppelt werden. Dieses Verbindungselement kann beispielsweise als eine Schraubverbindung ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Betätigungszylinder an einem ersten axialen Ende eine mittels eines Deckels verschließbare erste Öffnung aufweist ist und an einem zweiten axialen Ende eine zweite Öffnung aufweist, wobei die zweite Öffnung dazu ausgebildet ist, die Hülse unter Gewährleistung einer axialen Verschiebbarkeit in der zweiten Öffnung radial einzufassen.
Die erste Öffnung ist bevorzugt mit dem Deckel verschraubbar. Schraubverbindungen sind im Allgemeinen besonders robust und ermöglichen im Wartungsfall bzw. Reparaturfall ein zerstörungsfreies Lösen bzw. ein zerstörungsfreies Öffnen des Betätigungszylinders.
Der Betätigungszylinder weist bevorzugt, wie beschrieben, an seinen beiden axialen Enden Öffnungen auf. Die erste Öffnung ist weiterhin bevorzugt derart ausgebildet, dass sie eine Aufnahme der Hülse und des Kolbens durch die erste Öffnung in den Betätigungszylinder gewährleistet. Die zweite Öffnung ist weiterhin bevorzugt derart ausgebildet, dass sie, ggf. unter Heranziehen eines Dichtelements, druckmitteldicht gegen die Hülse abgedichtet werden kann.
Eine Betätigung des Stellglieds erfolgt über ein Druckmittel, welches in eine der zwei Kammern des Betätigungszylinders gefördert wird und dort einen Druck bzw. Überdruck erzeugt. Hierbei baut sich in der entsprechenden Kammer also ein Druck auf, der den Kolben in Richtung derjenigen Kammer drängt, welche nicht mit Druck beaufschlagt wird. Somit vergrößert sich also das Volumen derjenigen Kammer, die mit Druck beaufschlagt wird, während sich das Volumen derjenigen Kammer, die nicht mit Druck beaufschlagt wird, im gleichen Maße verkleinert.
Bevorzugt ist ein radialer Innenumfang des Betätigungszylinders kreisförmig ausgebildet. Dies begünstigt vorteilhaft eine gute Abdichtbarkeit mittels Dichtelementen am radialen Innenumfang des Betätigungszylinders hinsichtlich des Druckmittels. Alternativ ist jedoch auch eine Ausbildung des radialen Innenumfangs des Betätigungszylinders mit einem ovalen, elliptischen oder kantigen Innenumfang möglich.
Der Betätigungszylinder weist bevorzugt für jede der zwei Kammern zumindest eine Öffnung auf, durch welche das Druckmittel, das zur Beaufschlagung mit Druck herangezogen wird, zuführbar bzw. abführbar ist.
Der Druck wird bevorzugt mittels einer hierfür geeigneten Pumpvorrichtung erzeugt, z.B. mittels einer elektrisch angetriebenen Drehschieberpumpe. Ebenso ist aber auch jede andere zum Druckaufbau geeignete Pumpvorrichtung erfindungsgemäß möglich.
Zur Bevorratung des Druckmittels wird bevorzugt ein Druckmittelreservoir vorgehalten. Bei dem Druckmittel kann es sich um eine Flüssigkeit, z.B. um ein Hydrauliköl, oder um ein Gas handeln.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Druckmittel um Luft. Das Heranziehen von Luft als Druckmittel bringt den Vorteil mit sich, dass kein Druckmittelreservoir vorgehalten werden muss, da die Umgebungsluft jederzeit unbegrenzt zur Verfügung steht und von einer hierfür geeigneten Pumpvorrichtung in unbegrenzter Menge angesaugt und verdichtet werden kann.
Ein bevorzugter maximaler Wert des Drucks für die Beaufschlagung des Kolbens liegt bei 6 × 10⁵ Pa bis 8 × 10⁵ Pa, insbesondere bei 8 × 10⁵ Pa.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Stellglied weiterhin ein Rückstellelement umfasst, welches das Stellglied in eine Grundstellung drängt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Differentialgetriebe je nach Art der Grundstellung als selbstsperrendes Differential oder als offenes Differential ausgebildet sein kann, ohne dass hierzu eine permanente Beaufschlagung des Kolbens mit einem durch ein Druckmittel erzeugten Druck erfolgen muss.
Der Begriff „Grundstellung“ beschreibt im Sinne der Erfindung diejenige von zwei möglichen Endpositionen des Kolbens im Betätigungszylinder, in welche der Kolben bzw. das Stellglied vom Rückstellelement gedrängt wird. Die möglichen Endpositionen sind dabei die Positionen mit dem maximalen bzw. mit dem minimalen Kolbenhub im Betätigungszylinder.
Weiterhin wird es durch das Heranziehen eines Rückstellelements ermöglicht, nur eine der zwei Kammern des Betätigungszylinders mit einer oder mehreren Öffnungen zur Zuführung bzw. Abführung von Druckmittel zu versehen. Eine Zuführung bzw. Abführung von Druckmittel für die andere Kammer erübrigt sich vorteilhaft, da der Kolben durch das Rückstellelement bevorzugt ohne weiteres Zutun permanent gegen die mit Druck beaufschlagbare Kammer drängt.
In diesem Fall ist das erfindungsgemäße Stellglied also als einfachwirkendes Stellglied ausgebildet. Sofern eine durch die Druckbeaufschlagung erzeugte Kraft auf den Kolben größer als die durch das Rückstellelement erzeugte Kraft ist, wird der Kolben aus der Grundstellung heraus bewegt und das Stellglied je nach Ausbildung im Sinne eines Einrückens der Differentialsperre oder eines Ausrückens der Differentialsperre betätigt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Rückstellelement als Schraubenfeder ausgebildet ist. Schraubenfedern lassen sich sowohl auf Druck als auch auf Zug vorspannen, weisen je nach Ausführung eine hohe Elastizität und Rückstellkraft auf und sind zudem vergleichsweise kostengünstig.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verteilergetriebe mit einer Differentialsperre zum Sperren einer Verteilerfunktion des Verteilergetriebes, wobei die Differentialsperre mittels eines Stellglieds einrückbar und wieder ausrückbar ist. Das erfindungsgemäße Verteilergetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass das Stellglied ein erfindungsgemäßes Stellglied ist. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stellglied beschriebenen Vorteile ergeben sich daher auch für das erfindungsgemäße Verteilergetriebe.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch den Aufbau eines bekannten Kolben-Hülsen-Bauteils,
2 schematisch eine mögliche erste Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils,
3 schematisch eine mögliche zweite Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils,
4 schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Stellglieds und
5 mögliche Ausbildungsformen des inneren Bunds und des mindestens einen äußeren Bunds.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines bekannten Kolben-Hülsen-Bauteils 101 in einem nur ansatzweise dargestellten Stellglied 111. Das bekannte Kolben-Hülsen-Bauteil 101 besteht aus einem Kolben 102 und einer Hülse 103, welche in einem Betätigungszylinder 104 angeordnet sind. Der Betätigungszylinder 104 ist durch einen Deckel 105 verschlossen. Der Kolben 102 unterteilt den Betätigungszylinder 104 in zwei Kammern 104a und 104b. Wie zu sehen ist, ist der Kolben 102 an einem ersten axialen Ende der Hülse 103 radial umlaufend angeordnet. Um den Sitz des Kolbens 102 auf der Hülse 103 zu gewährleisten, ist er auf einer Seite formschlüssig durch eine radiale Umfangszunahme 106 der Hülse 103 abgestützt und auf der anderen Seite durch einen Sicherungsring 107 abgestützt. Weiterhin weist der Kolben 102 an seinem radialen Außenumfang ein Dichtelement 108 auf und an seinem radialen Innenumfang ein Dichtelement 109. Die Hülse 103 ist axial verschiebbar auf einer Schaltstange 110 angeordnet. Bei hohen Belastungen bzw. bei Beaufschlagungen mit hohem Druck in der Kammer 104a kann es vorkommen, dass der Sicherungsring 107 den Belastungen nicht mehr standhält und durch den Kolben 102 von der Hülse 103 gestemmt wird. Dies stellt einen Ausfall des Stellglieds 111 dar und macht eine aufwändige Reparatur notwendig.
2a zeigt schematisch eine mögliche erste Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils 201 in Explosionsdarstellung. Das dargestellte Kolben-Hülsen-Bauteil 201 umfasst eine rohrartig ausgebildete Hülse 202, einen scheibenartig ausgebildeten Kolben 203, ein als O-Ring ausgebildetes Dichtelement 204, sowie eine Verdrehsicherung 205, 206, 207, welche beispielsgemäß aus einer axial verlaufenden Gewindebohrung 205 im Kolben 203, einem Blockierstück 206 und einer Schraube 207 besteht. Der Kolben 203 weist eine den Kolben 203 axial durchdringende Öffnung 209 auf, welche durch einen inneren Bund 210 von drei Seiten axial teilweise bedeckt wird. Der innere Bund 210 dient als axiales Formschlusselement eines Bajonettverschlusses bei der Montage des erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils 201. Wie weiterhin zu sehen ist, ist die Hülse 202 hohl, so dass sie eine in 2 nicht gezeigte Schaltstange 110 unter Gewährleistung einer axialen Verschiebbarkeit auf der Schaltstange (110) radial einfassen kann. An einem dem Kolben 203 zugewandten Endstück der Hülse 202 weist die Hülse 202 außerdem einen äußeren Bund 208 auf, welcher das Endstück der Hülse 202 radial teilweise überragt und bei der Montage des erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils 201 ebenfalls als axiales Formschlusselement des Bajonettverschlusses dient. Der äußere Bund 208 ist dabei derart ausgebildet, dass er in einer Einführposition den inneren Bund 210 zu einem vollständigen axialen Ring ergänzt. An den äußeren Bund 208 unmittelbar angrenzend weist die Hülse 202 eine Ringnut 211 auf, welche den äußeren Bund 208 von einem Hülsenkörper 212 trennt. Die Ringnut 211 ermöglicht beispielsgemäß ein Führen des äußeren Bunds 208 der Hülse 202 durch die Öffnung 209 hindurch, da der Hülsenkörper 212 im Ausführungsbeispiel der 2 durch seine Umfangszunahme 216 gegenüber der Ringnut 211 nicht durch die Öffnung 209 geführt werden kann. Somit wird durch die Umfangszunahme 216 des Hülsenkörpers 212 die maximale Einführtiefe der Hülse 202 in den Kolben 203 bzw. in die Öffnung 209 begrenzt. Gleichzeitig dient diese Radialumfangszunahme des Hülsenkörpers 212 als weiteres axiales Formschlusselement des Bajonettverschlusses. Die 2a zeigt das Kolben-Hülsen-Bauteil 201 in Verschlussposition, d.h. in einer Verdrehwinkellage bzw. Verdrehwinkelorientierung des Kolbens 203 zur Hülse 202, in welcher die Hülse 202 im Kolben 203 fixiert und nicht durch die Öffnung 209 des Kolbens 203 führbar ist. Im gezeigten Beispiel der 2a muss entweder die Hülse 202 oder der Kolben 203 um 60° um die axiale Achse verdreht werden, um von der gezeigten Verschlussposition in die Einführposition zu gelangen, welche ein Führen des Endstücks der Hülse 202 durch die Öffnung 209 des Kolbens 203 ermöglicht und somit erst eine Montage bzw. Demontage des Kolben-Hülsen-Bauteils gestattet.
2b zeigt schematisch die mögliche erste Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils 201 im montierten Zustand. Wie zu sehen ist, ist der Kolben 203 radial umlaufend auf dem Endstück der Hülse 202 angeordnet, wobei der äußere Bund 208 den inneren Bund 210 axial überlagert, so dass eine axial formschlüssige Verbindung der Kolbens 203 mit der Hülse 202 besteht. Dies stellt wie in 2a die Verschlussposition dar. Das Blockierstück 206 ist mittels der Schraube 207, welche in die Gewindebohrung 205 greift, am Kolben befestigt. Dabei setzt das Blockierstück 206 radial formschlüssig an das Endstück der Hülse 202 bzw. an den äußeren Bund 208 an. Somit kann das Kolben-Hülsen-Element 201 die Verschlussposition nicht verlassen, was einen sicheren Sitz des Kolbens 203 auf der Hülse 202 gewährleistet.
2c veranschaulicht die in 2b gezeigte erste Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils 201 im montierten Zustand mit einer Längsschnittdarstellung. Die Längsschnittdarstellung zeigt einerseits den Sitz des O-Rings 204 im montierten Zustand des Kolben-Hülsen-Bauteils 201 und verdeutlicht andererseits die Fixierung des Endstücks der Hülse 202 im Kolben 203. Wie zu sehen ist, besteht eine axial formschlüssige Verbindung zwischen der Hülse 202 und dem Kolben 203, da der innere Bund 210 zwischen dem äußeren Bund 208 und der Radialumfangszunahme der Hülse 202 bzw. dem Hülsenkörper 212 eingefasst ist. Würde man das Blockierstück 206 sowie die Schraube 207 entfernen und den Kolben um 60° verdrehen, so dass das Kolben-Hülsen-Element 201 von der zweiten Radialwinkelausrichtung in die erste Radialwinkelausrichtung gebracht würde, so wäre der innere Bund 210 nicht mehr zwischen dem äußeren Bund 208 und der Radialumfangszunahme der Hülse 202 eingefasst, womit der Kolben 203 in der Darstellung der 2c nach rechts abgezogen werden könnte.
3a zeigt schematisch eine mögliche zweite Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils 201 in Explosionsdarstellung. Das in 3a dargestellte Kolben-Hülsen-Bauteil 201 umfasst eine rohrartig ausgebildete Hülse 202, einen scheibenartig ausgebildeten Kolben 203, ein als O-Ring ausgebildetes Dichtelement 204, sowie eine Verdrehsicherung 213, 214, 215, welche beispielsgemäß aus einer den inneren Bund 210 axial durchstechenden Bohrung 215 im Kolben, einer den äußeren Bund 208 axial durchstechenden und sich in den Hülsenkörper 212 fortsetzenden Bohrung 213 sowie einem Spannstift 214 besteht. Des Weiteren entspricht das in 3 gezeigte Kolben-Hülsen-Element 201 dem bereits aus der 2 bekannten Kolben-Hülsen-Element 201. Auch das in 3a gezeigte Kolben-Hülsen-Element 201 ist in der Verschlussposition dargestellt.
3b zeigt schematisch die beispielhafte zweite Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils 201 im montierten Zustand in einer Darstellung mit verdeckten Kanten, um die Funktionsweise der Verdrehsicherung 213, 214, 215 zu veranschaulichen. Außerdem zu sehen ist der Sitz des O-Rings 204 zwischen dem Hülsenkörper 212 und dem Kolben 203. Das Kolben-Hülsen-Element 201 befindet sich in der Verschlussposition, d.h., dass der Kolben 203 auf der Hülse 202 durch den Bajonettverschluss axial fixiert ist, da der äußere Bund 208 den inneren Bund 210 axial überlagert, so dass eine axial formschlüssige Verbindung der Kolbens 203 mit der Hülse 202 besteht. Der Spannstift 214 greift gleichzeitig durch die Bohrung 215 des Kolbens 203 und durch die Bohrung 213 der Hülse 202, wobei die Bohrung 213 nicht nur den äußeren Bund 208 durchsticht sondern sich auch im Hülsenkörper 212 fortsetzt, was die gezeigte Verdrehsicherung 213, 214, 215 vergleichsweise robuster macht. Da der Spannstift 214 somit ein Verdrehen des Kolben-Hülsen-Elements 201 aus der Verschlussposition in die Einführposition verhindert, ist ein sicherer und belastbarer Sitz des Kolbens 203 auf der Hülse 202 gewährleistet. Ein Entfernen des Kolbens 203 von der Hülse 202 ist aufgrund der spezifischen Ausbildung des inneren Bunds 210 und des äußeren Bunds 208 als Formschlusselemente des Bajonettverschlusses ausschließlich in der Einführposition möglich.
3c veranschaulicht die in 3b gezeigte zweite Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Kolben-Hülsen-Bauteils 201 im montierten Zustand mit einer Längsschnittdarstellung. Die Längsschnittdarstellung veranschaulicht einerseits nochmals den Sitz des O-Rings 204 im montierten Zustand des Kolben-Hülsen-Bauteils 201 und verdeutlicht andererseits die Fixierung des Endstücks der Hülse 202 im Kolben 203. Wie zu sehen ist, besteht in Form des Bajonettverschlusses eine axial formschlüssige Verbindung zwischen der Hülse 202 und dem Kolben 203, da der innere Bund 210 zwischen dem äußeren Bund 208 und der Umfangszunahme 216 des Hülsenkörpers 212 eingefasst ist. Würde man den Spannstift 214 aus den Bohrungen 213 und 215 entfernen – was in der Praxis jedoch schwierig wäre – und den Kolben um 90° verdrehen, so dass das Kolben-Hülsen-Element 201 von der Verschlussposition in die Einführposition gebracht würde, so wäre der innere Bund 210 nicht mehr zwischen dem äußeren Bund 208 und der Umfangszunahme 216 des Hülsenkörpers 212 eingefasst, womit der Kolben 203 in der Darstellung der 3c nach rechts abgezogen werden könnte.
4 zeigt schematisch eine mögliche erste Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Stellglieds 401. Das Stellglied 401 umfasst einen Betätigungszylinder 104 mit einem Deckel 105, ein erfindungsgemäßes Kolben-Hülsen-Bauteil 201, eine Schaltstange 110, eine Schaltgabel 404 und ein Rückstellelement 406. Das Kolben-Hülsen-Bauteil 201 besteht aus einem Kolben 203 und einer Hülse 202, wobei der Kolben 203 an einem Endstück der Hülse 202 radial umlaufend angeordnet ist. Dabei ist das Kolben-Hülsen-Bauteil 201 mittels einer Verdrehsicherung 213, 214, 215 gegen ein unbeabsichtigtes Verdrehen aus der Verschlussposition in die Einführposition gesichert. Die Verdrehsicherung 213, 214, 215 besteht beispielsgemäß aus einer den inneren Bund 210 axial durchstechenden Bohrung 215 im Kolben, einer den äußeren Bund 208 axial durchstechenden und sich in den Hülsenkörper 212 fortsetzenden Bohrung 213 sowie aus einer Madenschraube 214. Beispielsgemäß ist das Kolben-Hülsen-Bauteil 201 mittels Kaltverformen aus Stahl hergestellt. Der Kolben 203 unterteilt den Betätigungszylinder 104 in zwei Kammern 104a und 104b. Durch eine Öffnung 407 kann Druckmittel in die Kammer 104a gefördert werden, so dass der Kolben 203 von der Seite der Kammer 104a her mit Druck beaufschlagt wird. Als Druckmittel wird beispielsgemäß Luft verwendet, so dass kein Druckmittelreservoir zur Bevorratung des Stellglieds 401 mit Druckmittel vorgehalten werden muss. Stattdessen wird bedarfsweise Umgebungsluft angesaugt und durch die Öffnung 407 in die Kammer 104a gefördert. Dazu wird eine nicht dargestellte, elektrisch angetriebene Drehschieberpumpe verwendet. Durch die Öffnung 407 kann die in die Kammer 104a geförderte Luft auch wieder abgelassen werden. An einem dem Kolben 203 abgewandten Ende der Hülse 202 ist ein Verbindungselement 408 angeordnet. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselement 408 als Schraubengewindeabschnitt mit einem Außengewinde ausgebildet. Das Verbindungselement 408 ist mittels Verschrauben mit einem Verbindungselement 412 der Schaltgabel 404 verbunden. Das Verbindungselement 412 der Schaltgabel 404 ist dabei entsprechend als Schraubengewindeabschnitt mit einem Innengewinde ausgebildet. Die Schaltgabel 404 weist einen Anschlagring 417 auf. Das Kolben-Hülsen-Bauteil 201 ist derart ausgebildet, dass es radial im Wesentlichen spielfrei aber axial verschiebbar auf der Schaltstange 110 angeordnet werden kann. Die Schraubenfeder 406 ist auf Druck vorgespannt und stützt sich einerseits, wie beschrieben, am Anschlagring 417 der Schaltgabel 404 ab und andererseits an einer axialen Außenseite des Betätigungszylinders 104. Durch die Vorspannung der Schraubenfeder 406 wird der Kolben 203 bzw. das Kolben-Hülsen-Bauteil 201 im drucklosen Zustand in eine Grundstellung gedrängt, bei der der Kolben 203 maximal vom Deckel 105 entfernt ist. Bei einer Beaufschlagung des Kolbens 105 von der Seite der Kammer 104a her mit Druck wird der Kolben 203 gegen die Vorspannung der Schraubenfeder 406 zum Deckel 105 gedrängt. Da das Kolben-Hülsen-Bauteil 201 mechanisch starr mit der Schaltgabel 404 gekoppelt ist, folgt die Schaltgabel 404 jeder Axialbewegung des Kolbens 203. Da die Schaltgabel 404 wiederum in eine nicht dargestellte Schaltmuffe eingreift, kann sie über diese eine Differentialsperre einrücken bzw. ausrücken. Die Schaltgabel 404 weist außerdem eine zylindrische Ausnehmung 413 auf, in welcher sich ein Anschlagring 414 der Schaltstange 110 abstützt. Ein Zugang zur zylindrischen Ausnehmung 413 ist dabei durch die Verbindung der Schaltgabel 404 mittels des Verbindungselements 412 der Schaltgabel 404 mit dem Verbindungselement 408 der Hülse 202 derart abgedichtet, dass der Anschlagring 414 der Schaltstange 110 die zylindrische Ausnehmung 413 nicht mehr verlassen kann. Eine Axialbewegung des Anschlagrings 414 in der zylindrischen Ausnehmung 413 ist jedoch möglich. Die Schaltstange 110 weist weiterhin ein Justiergewinde 415 auf, mittels dessen sie in ein Gegengewinde 416 im Deckel 105 eingedreht ist. Über die Endrehtiefe der Schaltstange 110 in das Gegengewinde 416 können die Grundstellung des Kolbens 203 im Betätigungszylinder 104, die Endpositionen des Kolbenhubs Betätigungszylinder 104 sowie die Vorspannung der Schraubenfeder 406 eingestellt werden.
5 zeigt beispielhaft mögliche Ausbildungsformen des inneren Bunds 210 und jeweils zugehörige Ausbildungsformen des mindestens einen äußeren Bunds 208 in einer axialen Querschnittsansicht. Die Ausrichtung bzw. die Verdrehwinkellage der gezeigten Kolben 203 und der gezeigten Hülsen 202 entspricht dabei jeweils der Einführposition, welche ein Führen des Endstücks der Hülse 202 durch die Öffnung 209 des Kolbens 203 ermöglicht.
5a zeigt eine erste mögliche Ausbildungsform des inneren Bunds 210 und des mindestens einen äußeren Bunds 208. Wie zu sehen ist, ist die Öffnung 209 des Kolbens 203 durch zwei kreisabschnittsförmige Vorsprünge, welche den inneren Bund 210 darstellen und als axiale Formschlusselemente eines Bajonettverschlusses wirken, radial teilweise bedeckt. Die Hülse 202 weist ebenfalls zwei Vorsprünge auf, welche den äußeren Bund 208 darstellen und als axiale Formschlusselemente eines Bajonettverschlusses wirken. Wie weiterhin zu sehen ist, ergänzt der äußere Bund 208 den inneren Bund 210 zu einem vollständigen axialen Ring (angedeutet durch Pfeile).
5b zeigt eine zweite mögliche Ausbildungsform des inneren Bunds 210 und des mindestens einen äußeren Bunds 208. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 209 des Kolbens 203 durch zwei ringabschnittsförmige Vorsprünge, welche den inneren Bund 210 darstellen und als axiale Formschlusselemente wirken, radial teilweise bedeckt. Die Hülse 202 weist zwei entsprechende Vorsprünge auf, welche den äußeren Bund 208 darstellen und den inneren Bund 210 zu einem vollständigen axialen Ring ergänzen (angedeutet durch Pfeile).
5c zeigt eine dritte mögliche Ausbildungsform des inneren Bunds 210 und des mindestens einen äußeren Bunds 208. Wie zu sehen ist, ist die Öffnung 209 des Kolbens 203 beispielsgemäß durch einen einzelnen ringabschnittsförmige Vorsprung, welcher den inneren Bund 210 darstellt, radial teilweise bedeckt. Die Hülse 202 weist entsprechend ebenfalls einen einzelnen Vorsprung auf, welcher den äußeren Bund 208 darstellt und den inneren Bund 210 zu einem vollständigen axialen Ring ergänzt (angedeutet durch Pfeile).
5d schließlich zeigt eine vierte mögliche Ausbildungsform des inneren Bunds 210 und des mindestens einen äußeren Bunds 208. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6d ist die Öffnung 209 des Kolbens 203 durch zwei kreisabschnittsförmige Vorsprünge und zwei Nasen, welche den inneren Bund 210 darstellen und jeweils als axiale Formschlusselemente wirken, radial teilweise bedeckt. Die Hülse 202 weist zwei entsprechende Vorsprünge bzw. Aussparungen auf, welche den äußeren Bund 208 darstellen und den inneren Bund 210 auch in diesem Fall zu einem vollständigen axialen Ring ergänzen (angedeutet durch Pfeile).
Bezugszeichenliste

101: Kolben-Hülsen-Bauteil
102: Kolben des Kolben-Hülsen-Bauteils
103: Hülse des Kolben-Hülsen-Bauteils
104: Betätigungszylinder
104a, 104b: Kammern des Betätigungszylinders
105: Deckel des Betätigungszylinders
106: Umfangszunahme der Hülse
107: Sicherungsring
108, 109: Dichtelement
110: Schaltstange
111: Stellglied
201: Kolben-Hülsen-Bauteil
202: Hülse des Kolben-Hülsen-Bauteils
203: Kolben des Kolben-Hülsen-Bauteils
204: Dichtelement
205: Gewindebohrung
206: Blockierstück
207: Schraube
208: äußerer Bund
209: Öffnung des Kolbens
210: innerer Bund
211: Ringnut
212: Hülsenkörper
213: Bohrung
214: Spannstift
215: Bohrung
216: Umfangszunahme des Hülsenkörpers
401: Stellglied
404: Schaltgabel
406: Rückstellelement
407: Öffnung
408: Verbindungselement
412: Verbindungselement
413: Ausnehmung
415: Justiergewinde
416: Gegengewinde
417: Anschlagring
501: Verteilergetriebe
502: Hebelarm
503: Schaltmuffe
504: Differentialsperre

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10334450 A1 [0003]
EP 0510457 B1 [0004]

Claims

Kolben-Hülsen-Bauteil (201) für ein mit Druckmittel beaufschlagbares Stellglied (401), umfassend einen Kolben (203) und eine Hülse (202), wobei die Hülse (202) rohrartig derart ausgebildet ist, dass sie eine Schaltstange (110) unter Gewährleistung einer axialen Verschiebbarkeit auf der Schaltstange (110) radial einfassen kann und wobei der Kolben (203) scheibenartig und mit einer den Kolben (203) axial durchdringenden Öffnung (209) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endstück der Hülse (202) und die Öffnung (209) des Kolbens (203) derart ausgebildet sind, dass sie miteinander als Bajonettverschluss wirken.
Kolben-Hülsen-Bauteil (201) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (203) einen die Öffnung (209) axial teilweise bedeckenden inneren Bund (210) als axiales Formschlusselement des Bajonettverschlusses aufweist
Kolben-Hülsen-Bauteil (210) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (202) mindestens einen das Endstück radial teilweise überragenden äußeren Bund (208) sowie eine durch eine Ringnut (211) vom einzelnen äußeren Bund (208) getrennte Radialumfangszunahme der Hülse (202) als axiale Formschlusselemente des Bajonettverschlusses aufweist.
Kolben-Hülsen-Bauteil (201) nach mindestens einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verschlussposition des Bajonettverschlusses der innere Bund (210) und die äußeren Bunde (208) oder der innere Bund (210) und der einzelne äußere Bund (208) axial überlagert sind, so dass eine axial formschlüssige Verbindung des Kolbens (203) mit der Hülse (202) besteht.
Kolben-Hülsen-Bauteil (201) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Bund (210) kreisabschnittsförmig oder ringabschnittsförmig ausgebildet ist und dass mindestens ein äußerer Bund (208) derart ausgebildet ist, dass er in einer Einführposition des Bajonettverschlusses den inneren Bund (210) zu einem vollständigen axialen Ring ergänzt.
Kolben-Hülsen-Bauteil (201) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Bund (210) die Öffnung (209) in einem Verdrehwinkelbereich von höchstens 180° bedeckt und/oder dass der mindestens eine äußere Bund (210) das Endstück in einem Verdrehwinkelbereich von höchstens 180° überragt.
Kolben-Hülsen-Bauteil (210) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolben-Hülsen-Bauteil (210) weiterhin eine Verdrehsicherung (205, 206, 207, 213, 214, 215) umfasst, wobei die Verdrehsicherung (205, 206, 207, 213, 214, 215) dazu ausgebildet ist, ein Verdrehen aus der Verschlussposition in die Einführposition zu blockieren.
Kolben-Hülsen-Bauteil (201) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (205, 206, 207, 213, 214, 215) eine axial verlaufende Bohrung (205, 215) im Kolben (203) umfasst.
Kolben-Hülsen-Bauteil (201) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (205, 206, 207, 213, 214, 215) weiterhin eine axial verlaufende Bohrung (213) in der Hülse umfasst, wobei die Bohrung (205, 215) im Kolben (203) und die Bohrung (213) in der Hülse (202) in der Verschlussposition fluchtend sind.
Kolben-Hülsen-Bauteil (201) nach mindestens einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (205, 215) im Kolben (203) und/oder die Bohrung (213) in der Hülse (202) als Gewindebohrung (205) ausgebildet ist.
Kolben-Hülsen-Bauteil (201) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (205, 206, 207, 213, 214, 215) ein radial formschlüssig an das Endstück der Hülse (202) ansetzendes Blockierstück (206) umfasst, wobei das Blockierstück (206) mittels einer in die Bohrung (205, 215) im Kolben (203) greifenden Schraube (207) oder mittels eines in die Bohrung (205, 215) im Kolben (203) greifenden Spannstifts (214) am Kolben (203) befestigbar ist.
Kolben-Hülsen-Bauteil (201) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (205, 215) im Kolben (203) den inneren Bund (210) axial durchsticht und die Bohrung (213) in der Hülse (202) den mindestens einen äußeren Bund (208) axial durchsticht.
Kolben-Hülsen-Bauteil (201) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (207) oder der Spannstift (214) gleichzeitig in die Bohrung (213) in der Hülse (202) und in die Bohrung (205, 215) im Kolben (203) greift.
Mit Druckmittel beaufschlagbares Stellglied (401), umfassend einen Betätigungszylinder (104), eine Schaltstange (110), eine Schaltgabel (404) und ein Kolben-Hülsen-Bauteil (201), wobei der Betätigungszylinder (104) als das Kolben-Hülsen-Bauteil (201) und die Schaltstange (110) zumindest teilweise radial einfassender Hohlkörper ausgebildet ist, wobei ein Kolben (203) des Kolben-Hülsen-Bauteils (201) den Betätigungszylinder (104) druckmitteldicht in zwei Kammern (104a, 104b) unterteilt, wobei der Kolben (203) axial verschiebbar im Betätigungszylinder (104) angeordnet ist, wobei eine Hülse (202) des Kolben-Hülsen-Bauteils (201) axial verschiebbar auf der Schaltstange (110) angeordnet ist und wobei der Kolben (203) mechanisch axial derart mit der Schaltgabel (404) gekoppelt ist, dass eine Axialbewegung des Kolbens (203) eine identische Axialbewegung der Schaltgabel (404) verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolben-Hülsen-Bauteil (201) als ein Kolben-Hülsen-Bauteil (201) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.
Stellglied (401) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungszylinder (104) an einem ersten axialen Ende eine mittels eines Deckels (105) verschließbare erste Öffnung aufweist ist und an einem zweiten axialen Ende eine zweite Öffnung aufweist, wobei die zweite Öffnung dazu ausgebildet ist, die Hülse (202) unter Gewährleistung einer axialen Verschiebbarkeit in der zweiten Öffnung radial einzufassen.
Stellglied (401) nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (401) weiterhin ein Rückstellelement (406) umfasst, welches das Stellglied (401) in eine Grundstellung drängt.
Verteilergetriebe (501) mit einer Differentialsperre (504) zum Sperren einer Verteilerfunktion des Verteilergetriebes (504), wobei die Differentialsperre (504) mittels eines Stellglieds (401) einrückbar und wieder ausrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (401) ein Stellglied (401) nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 16 ist.