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Die Erfindung betrifft einen Kupplungsgeber für eine (Doppel- / Einfach-)Kupplung eines Kraftfahrzeugs, wie eines Pkws, eines Lkws oder eines anderen Nutzfahrzeugs, mit einem an einem mechanischen Stellelement anbringbaren Kolben, der zumindest axialbeweglich in einem Gehäuse hin- und herbewegbar gelagert ist, wobei der Kolben an einem diesen bei Bewegung größenverändernden Hochdruckraum grenzt, wobei ferner zwischen dem Kolben und dem Gehäuse zwei vorzugsweise voneinander separate Dichtungen vorhanden sind, von denen eine als Primärdichtung den zur Aufnahme von Hydraulikfluid vorbereiteten Hochdruckraum fluiddicht abdichtet.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits unterschiedliche hydraulische Kupplungsgeberzylinder (CMC; Clutch Master Cylinder) für konventionelle Ausrücksysteme bekannt. In diesem Bereich ist die Erfindung anzusiedeln. Insbesondere im Teilbereich der Dichtungsanordnung befindet sich die Erfindung.
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Nach aktuellem Stand der Technik lassen sich Kupplungsgeberzylinder bzw. Kupplungsgeber in zwei Kategorien einteilen, nämlich in solche Kupplungsgeber, bei denen Dichtungen im Gehäuse befestigt sind, also stehende Dichtungen eingesetzt sind, und andererseits solche, bei denen die Dichtungen relativ beweglich angeordnet sind, bspw. am Kolben festgelegt sind.
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Aus der
DE 103 27 437 A1 ist bspw. ein hydraulisches System mit stehenden Dichtungen bekannt. Das dort offenbarte System umfasst einen Geberzylinder mit einem Gehäuse und einem in diesem axial verschiebbar angeordneten Kolben. Der Kolben begrenzt einen mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum. Bei Betätigung des Geberzylinders mittels einer auf den Kolben wirkenden Kolbenstange, wird der Kolben axial verschoben, wodurch die Hydraulikflüssigkeit mit Druck beaufschlagt wird. Zwischen dem Gehäuse und dem Kolben ist zumindest ein Dichtmittel angeordnet. Es ist ein Nehmerzylinder vorhanden und eine die Einzelbereiche verbindende Druckmediumsleitung. Als besonders ist in dieser älteren Patentanmeldung offenbart, dass der Kolben aus einem Duroplast gefertigt ist. Ferner sind zwei Dichtungen eingesetzt, die im Gehäuse befestigt sind. Einerseits wird eine Primärdichtung und andererseits eine Sekundärdichtung eingesetzt. Die Primärdichtung und die Sekundärdichtung sind in einem im Wesentlichen zylindrischen hinteren Gehäuseteil des Gehäuses angeordnet.
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Charakteristisch für einen Geber mit stehenden Dichtungen ist, dass die Dichtungen auf dem Gehäuse fixiert sind, d.h. befestigt sind. Eine Dichtungslippe der jeweiligen Dichtung ist in Kontakt zum beweglichen Kolben und steht bei der Betätigung des CMCs fest. Da der Kolben aus gleit- und geräuschoptimierten Werkstoffen herstellbar ist, in der Regel aus einem Polymerwerkstoff, wie Duroplast, zeigt diese Geberzylinderbauart ein extrem günstiges Verhalten in puncto Reibung und Geräusch.
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Insbesondere erlaubt eine solch optimierter Kolbenwerkstoff den Einsatz von bspw. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) als Dichtungswerkstoff. Dieser Werkstoff ist zwar mäßig in puncto Geräusch und Reibung, aber bietet Vorteile in puncto Medienkompatibilität mit unterschiedlichen Flüssigkeiten, wie unterschiedlichen Bremsflüssigkeiten.
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Neben Gebern mit fest montierten Dichtungen im Gehäuse sind auch Geber mit bewegten Dichtungen bekannt. Charakteristisch für einen Geber mit bewegten Dichtungen ist hierbei, dass die Dichtungen auf dem Kolben fixiert / befestigt sind. Deren Dichtungslippen sind in Kontakt mit dem Gehäuse und bewegen sich bei der Betätigung des CMCs mit dem Kolben entlang der Gehäusewand und dichten dynamisch zur Umgebung hin ab. Dabei ist es von Vorteil die beiden Dichtungen unterschiedlich zu nutzen, nämlich als Primär- und Sekundärdichtung.
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Diese Anordnung einer Primärdichtung hat den großen Vorteil, dass sich die druckbeaufschlagte Fläche des Gehäuses während der Betätigung reduziert. Dies erlaubt dem CMC eine geringe Volumenaufnahme zu realisieren. Auch ist ein solcher Kupplungsgeber / Kupplungsgeberzylinder kostengünstig herstellbar. Ferner wird eine durch den auftretenden Innendruck im Hochdruckraum resultierende Aufdehnung des Gehäuses während des Betriebes minimiert, da sich der Hochdruckraum durch das Einfahren des Kolbens in das Gehäuse verkleinert und die bewegliche Primärdichtung nachgeführt wird, wodurch ein immer kleinerer Bereich des Gehäuses dem hohen Innendruck ausgesetzt ist. Dies wird unter einer geringen Volumenaufnahme grundsätzlich verstanden.
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Neben den genannten Nachteilen weisen die bestehenden zwei Konzepte aber auch weitere Nachteile auf. So weist die Bauart mit stehenden Dichtungen, also mit Dichtungen, die im Gehäuse festgelegt sind, gerade den Nachteil einer hohen Volumenaufnahme auf. Während der Betätigung des Kolbens verkleinert sich jener Bereich, der von innen hochdruckbeaufschlagt wird eben gerade nicht, wie es bei dem zweiten Konzept, also dem Konzept mit beweglichen Dichtungen realisiert ist. Durch die Dichtungsanordnung bleibt der komplette Druckraum des Gehäuses über den gesamten Hub unter Druck, was zu einer höheren Volumenaufnahme des Geberzylinders führt.
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Aber auch die Geber mit bewegten Dichtungen weisen Nachteile auf, insbesondere in puncto Medienverträglichkeit über den Lebenszyklus des Produktes. Auch ist eine Unverträglichkeit mit verschiedenen Bremsflüssigkeiten und deren Bestandteilen zu beobachten, was dazu führt, dass es über die Zeit zu Undichtigkeiten des Systems kommt. Dazu kommt noch, dass diese Geberzylinderbauart je nach Bremsflüssigkeit zu einer hohen Geräuschemission neigt und insbesondere Quietschgeräusche aufgrund von Stick-Slip-Effekten auftreten.
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Es ist aber die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile beider Systeme zu vermeiden und deren Vorteile zu kombinieren. Insbesondere soll eine gute Medienverträglichkeit bei gleichzeitig geringer Geräuschentwicklung erreicht werden. Auch soll ein Kupplungsgeber kostengünstig herstellbar sein und auch über eine lange Lebensdauer dicht bleiben.
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Ziel der Neuentwicklung ist es u.a., eine neuartige Dichtungsanordnung zu entwickeln, die das Geräuschniveau nach oben begrenzt, die Dichtfunktion mit verschiedenen Bremsflüssigkeiten über die Lebensdauer gewährleistet, insbesondere in puncto Medienkompatibilität, und eine geringe Volumenaufnahme gewährleistet. Man könnte auch kurz zusammenfassen, dass die Vorteile der beiden bekannten Lösungen, ohne die bekannten Nachteile zu vereinigen das Ziel ist, insbesondere also ein robustes Design bei gleichzeitig geringer Geräuschemission, eine hohe Medienkompatibilität, um gleichzeitig eine geringe Volumenaufnahme im Vordergrund steht.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass innerhalb des Kolbens der Hochdruckraum ausgebildet / angeordnet / definiert ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn der Hochdruckraum einerseits durch eine Wandung und einen Boden des Kolbens und andererseits durch einen Stopfen und/oder das Gehäuse, sowie die Primärdichtung abgeschlossen / begrenzt ist.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Wandung / Wand eine in Axialrichtung und/oder in Umfangsrichtung gleichbleibende Dicke aufweist.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckraum zwischen einem Sekundärdruckbereich oder einem Fluidausgang und dem Stellelement angeordnet / positioniert ist.
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Um den Bauraum optimal zu nutzen, ist es von Vorteil, wenn im betätigten Zustand des Kupplungsgebers der Hochdruckraum überwiegend oder vollständig (nahezu) innerhalb des Gehäuses vorhanden / angeordnet ist.
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Die Entlüftung und Befüllung / Nachbefüllung ist geschickt erreichbar, wenn vom Sekundärdruckbereich ein Nachsaug- und Entlüftungsstutzen weg führt / abgeht / abzweigt.
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Ein effizientes Zusammenspiel der Einzelkomponenten ist erzielbar, wenn der Hochdruckraum mit dem Fluidausgang in Fluidverbindung steht.
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Wenn im Fluidausgang ein Vordruckventil angeordnet ist, so lassen sich effizient Schwingungen dämpfen.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Vordruckventil als „Anti-Vibration Unit“ (AVU) oder „Kribbelfilter“, unterschiedlich zu einem Peak-Torque-Limiter (PTL), ausgebildet ist, um Schwingungen zu dämpfen.
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Es ist zweckmäßig, wenn die eine Dichtung radial innerhalb der anderen Dichtung angeordnet ist. Eine besonders kompakte Bauform wird dann unter anderem erreicht.
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So ist es von Vorteil, wenn die eine Dichtung die Primärdichtung ist und die andere Dichtung als Sekundärdichtung ausgebildet ist. Die Sekundärdichtung ist nicht zum Abdichten gegen Hochdruck, sondern nur zum Abdichten gegen Niederdruck, wie Umgebungs(luft)druck +/–(15 % bis) 20 % ausgelegt / vorbereitet / dimensioniert. Auf diese Weise kann ein besonders dichtes System erreicht werden und eine Leckage vermieden werden.
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Um ein gut funktionierendes System zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die Primärdichtung und/oder die Sekundärdichtung einerseits in Kontakt mit dem Gehäuse und andererseits in Kontakt mit dem Kolben steht/stehen. Ein kompaktes System kann dadurch erreicht werden.
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Damit die Vorteile von stehenden Dichtungen integriert werden können, ist es von Vorteil, wenn die Primärdichtung und/oder die Sekundärdichtung fest am Gehäuse angebracht / gelagert ist/sind und auf der Oberfläche des Kolbens gleitbar anliegt / anliegen, etwa mit (jeweils) einer Dichtlippe.
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Für den Gesamtaufbau ist es zuträglich, wenn die beiden Dichtungen zueinander konzentrisch angeordnet sind. Dabei ist es auch von Vorteil, wenn das Gehäuse und der Kolben, sowie eine Verschlusshülse zusätzlich zu den beiden Dichtungen konzentrisch angeordnet sind, insbesondere zu diesen Dichtungen konzentrisch angeordnet sind.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als Ringkolben mit einer Innenfläche und einer Außenmantelfläche ausgebildet ist, wobei eine der Dichtungen an der Innenfläche und eine der Dichtungen an der Außenmantelfläche dichtend anliegt, etwa mit einer elastischen Dichtlippe oder einer Dichtkuppe.
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Für die Dauerfestigkeit ist es zuträglich, wenn die Primärdichtung von einer Armierung aus zum Dichtmaterial im Vergleich weniger elastischem Material, etwa aus Metall oder Kunststoff gefertigt, in Form und/oder Position gehalten ist. Das elastische Material der Primärdichtung kann dabei form- und/oder kraftschlüssig an der Armierung angebracht sein.
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Es ist zweckmäßig, wenn der Kolben in einem durch eine Doppelwandung des Gehäuses gebildeten Sekundärraum einfahrbar geführt ist. Ein solcher Kupplungsgeber baut dann in Axialrichtung besonders kurz.
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Um die Kosten bei der Herstellung gering zu halten, ist es von Vorteil, wenn der Kolben aus Kunststoff, wie einem Duroplast, ausgeformt / gebildet / beschaffen ist. Insbesondere ist auch ein zähes oder wenig sprödes Material einsetzbar, oder eine Behandlung des Kolbens, um den Kolben weniger spröde auszugestalten.
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Die Erfindung betrifft letztlich auch eine Kupplung, wie eine Einfach- oder Doppelkupplung für einen Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kupplungsgeber nach der erfindungsgemäßen Art.
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Im Vordergrund der Erfindung steht also eine Dichtungsanordnung im Geberzylinder. Die Konstruktion des CMCs basiert auf zwei Hauptmerkmalen. Zum einen sind die beiden Dichtungen, also die Primärdichtung und die Sekundärdichtung, stehend und konzentrisch im Gehäuse eingebaut. Insbesondere sind sie konzentrisch zueinander und zum Kolben sowie zum Gehäuse angeordnet. Die Primärdichtung sitzt im Innenbereich des Kolbens, und dichtet den Hochdruckraum ab. Die Sekundärdichtung kontaktiert die Außenfläche des Kolbens und dichtet gegen die Umgebung ab.
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Ferner ist der Kolben als Ringkolben ausgeführt und besteht aus gleit- und reibungsoptimiertem Werkstoff, bspw. Kunststoff wie etwa Duroplast. Der Innenbereich dient als „beweglicher“ Druckraum und dichtet mit Hilfe der Primärdichtung gegen den Hochdruck ab. Dies erlaubt eine geringe Volumenaufnahme. Wie beim CMC mit beweglichen Dichtungen reduziert sich die druckbeaufschlagte Fläche mit dem zunehmenden Hub. Zum Außenbereich des Kolbens ist eine Sekundärdichtung dichtend eingesetzt. Leckagen des Betriebsmediums, wie einer Bremsflüssigkeit, nach außen, insbesondere in die Umgebung, wird vermieden.
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Das Design besitzt folgende Merkmale:
Der Kolben ist als Ringkolben ausgeführt. Der Innenbereich des Kolbens dient als Hochdruckraum, d.h. der Kolben ist von innen auf Druck belastet. Der Außenbereich ist als Kontaktfläche für die Sekundärdichtung genutzt. Die Dichtung wird durch eine Armierung geführt und zentriert. Dies bringt den Vorteil, dass sich der Kolben spielfrei zur Primärdichtung bewegt.
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Die Primärdichtung sitzt statisch in / auf dem Gehäuse. Die dynamische Seite / die Dichtlippe der Dichtung dichtet gegen den Kolben ab. Die Sekundärdichtung sitzt ebenfalls statisch in / auf dem Gehäuse und konzentrisch zu der Primärdichtung.
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Mit Hilfe dieses Dichtungsdesigns und dem verwendeten Material wird ein robuster, gegen Bremsflüssigkeit resistenter und nur geringe Geräuschemissionen hervorrufender Geberzylinder geschaffen, dessen Volumenaufnahme auf einem geringen Niveau bleibt.
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Mit anderen Worten werden bei der vorliegenden Erfindung die Vorteile der stehenden Dichtungen, die also fest im Gehäuse sitzen, und die der bewegten Dichtungen, also solchen, die sich auf dem Kolben mit bewegen, vereint, um die bei der Betätigung des Gebers entstehenden Geräusche zu reduzieren. Auch werden Nachteile in puncto Lebensdauer der Dichtungen reduziert.
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Zusammenfassen wird also ein Kolben vorgesehen, der als Ringkolben ausgebildet ist. Dieser Kolben ist aus Duroplast hergestellt. Die Primärdichtung sitzt auf einem Gehäusefortsatz, der sich innerhalb des Ringkolbens befindet. Die Sekundärdichtung sitzt konzentrisch außerhalb der Primärdichtung innerhalb des Gehäuses fest und dichtet zum Kolben hin ab. Der Innenbereich des Kolbens dient somit als beweglicher Druckraum. Ein geräuschoptimierter Nehmerzylinder mit konzentrischer Primär- und Sekundärdichtung ist die Folge.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Kupplungsgeber in nur teilweise dargestelltem Längsschnitt, wobei der Kolben in einem unbetätigten Zustand ist,
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2 den Kupplungsgeber aus 1, wobei jedoch der Kolben in einer betätigten Stellung ist, also der CMC in betätigtem Zustand ist,
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3 eine Variante eines Kupplungsgebers, mit eingesetztem Vordruckventil / Anti-Vibration Unit (AVU) / Kribbelfilter, und
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4 eine Vergrößerung des Bereiches IV aus 3.
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Die Figuren sind teilweise lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die Figuren beziehen sich auf Längsschnitte, also solche Schnitte, die entlang der Längsachse durch den Kupplungsgeber, insbesondere entlang einer Rotationsachse durch den Kolben verlaufen. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden. Sie sind also untereinander austauschbar.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Kupplungsgeber 1 dargestellt. Der Kupplungsgeber 1 wird in einer Einfach- oder Doppelkupplung eingesetzt. Er ist zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wie einem Pkw, einem Lkw oder einem anderen Nutzfahrzeug vorgesehen. Der Kupplungsgeber 1 ist mit einem mechanischen Stellelement 2, wie einer Stange 3 verbunden. Die Stange 3 ist von einem Faltenbalg 4 umgeben. Die Stange 3 ist mit einem Kolben 5 verbunden. Der Kolben 5 ist in einem Gehäuse 6 axialbeweglich gelagert. Im Inneren des Kolbens 5 ist ein Hochdruckraum 7 vorhanden.
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Der Kolben 5 ist als Ringkolben ausgebildet und besitzt einen Boden 8 und eine zylindrische Wandung 9. Zwischen dem Kolben 5 und dem Gehäuse 6 sind zwei Dichtungen 10 vorhanden. Die eine Dichtung 10 ist eine Primärdichtung 11. Die andere Dichtung 10 ist eine Sekundärdichtung 12. Die Primärdichtung 11 ist aus elastischem Material, genauso wie die Sekundärdichtung 12. Für die beiden Dichtungen 10 kann dasselbe Material eingesetzt sein. Zumindest die Primärdichtung 11 ist von einer Armierung 13 flankiert und gestützt.
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Der Hochdruckraum 7 ist mit Hydraulikfluid, wie einer Flüssigkeit, etwa Öl, insbesondere Mineralöl oder einer Bremsflüssigkeit gefüllt. Der Kupplungsgeber 1 kann auch als Bremsgeber bezeichnet werden. Natürlich ist der Einsatz auch als Kupplungs- oder Bremsnehmer möglich.
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Der Kolben ist von einer Verschlusshülse 14 umgeben. Die Verschlusshülse 14 greift in einen Hinterschnittbereich 15 des Gehäuses 6. Ein Kragen 16 der Verschlusshülse 14 hintergreift den Hinterschnittbereich 15 oder greift in diesen ein. Das Gehäuse 6 weist einen Doppelwandungsbereich 17 auf. Der Doppelwandungsbereich 17 ist als Stutzen 18 ausgebildet, in dessen dem Kolben 5 zugewandten Ende ein Durchgangsloch 19 eingebracht ist, in welches ein Stopfen 20 eingesetzt ist. Der Stopfen 20 wiederum weist eine Durchgangsöffnung 21 auf. Durch diese Durchgangsöffnung 21 kann unter Hochdruck gebrachtes Fluid hindurch treten und eine Stellbewegung eines weiteren Bauteils bewirken.
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Das Gehäuse 6 mit dem Stutzen 18 definiert einen Ringspaltbereich 22, der mit einem Nachsaug- und Entlüftungsstutzen 23 in Fluidverbindung steht. Die beiden Dichtungen 10 weisen jeweils Dichtlippen 24 auf. Der Ringspaltbereich 22 definiert auch einen Sekundärdruckbereich 25.
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Während der Kolben 5 aus Duroplast gefertigt ist, ist das Gehäuse aus Polyamid, insbesondere aus PA66 mit oder ohne einer Glasfaserverstärkung hergestellt. Bei Verwendung einer Glasfaserverstärkung, bietet sich ein Gewichtsanteil von 35 % oder 43 % an. Aus dem gleichen oder ähnlichen Material ist die Verschlusshülse 14 gefertigt. Es sind auch Halteklammern einsetzbar.
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Während in der 1 der Kolben 5 noch von einem auslaufseitgen Ende des Gehäuses 6 maximal entfernt ist, ist er in der 2 deutlich näher herangefahren, und in der maximal eingefahrenen Stellung dargestellt. Der Hochdruckraum 7 im betätigten Zustand ist somit wesentlich kleiner, als der Hochdruckraum 7 im unbetätigten Zustand. Bei dem Ausbilden des Hochdruckraumes 7 innerhalb des Ringkolbens, wird die Innendruckbelastung des Gehäuses 6 stark reduziert und (nahezu) auf null gesenkt.
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Der Einsatz eines Vorfilters / Kribbelfilters / einer Anti-Vibration-Unit (AVU) 26 zwischen dem auslassseitigen Ende des Gehäuses 6 und dem Kolben 5 ist in den 3 und 4 dargestellt. Dort ist zwar kein Stopfen 20 mehr vorhanden, jedoch zusätzlich einsetzbar. Dieses Bauteil wirkt als Dämpferelement, das Schwingungen 6 dämpft.
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Die Dicke der Wandung 9 des Kolbens 5 ist mit dem Bezugszeichen 27 markiert. Die Dicke ist in Axialrichtung und Radialrichtung gleichbleibend. In den 3 und 4 ist der Fluidausgang auch mit dem Bezugszeichen 28 markiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsgeber
- 2
- Stellelement
- 3
- Stange
- 4
- Faltenbalg
- 5
- Kolben
- 6
- Gehäuse
- 7
- Hochdruckraum
- 8
- Boden
- 9
- Wandung
- 10
- Dichtung
- 11
- Primärdichtung
- 12
- Sekundärdichtung
- 13
- Armierung
- 14
- Verschlusshülse
- 15
- Hinterschnittbereich
- 16
- Kragen
- 17
- Doppelwandungsbereich
- 18
- Stutzen
- 19
- Durchgangsloch
- 20
- Stopfen
- 21
- Durchgangsöffnung
- 22
- Ringspaltbereich
- 23
- Nachsaug- und Entlüftungsstutzen
- 24
- Dichtlippe
- 25
- Sekundärdruckbereich / Sekundärdruckraum
- 26
- Vordruckventil / AVU / Kribbelfilter
- 27
- Dicke
- 28
- Fluidausgang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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