DE102017108628A1

DE102017108628A1 - Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere für ein Kupplungsbetätigungssystem

Info

Publication number: DE102017108628A1
Application number: DE102017108628.5A
Authority: DE
Inventors: Simon ORTMANN; Philippe Wagner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2018-10-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere für ein Kupplungsbetätigungssystem, umfassend ein Gehäuse (14), in dem ein Kolben (6) axial beweglich gelagert ist, wobei das Gehäuse (14) mit einer Dichtung (17), an welcher der Kolben (6) anliegt, abgedichtet ist. Bei einer Kolben-Zylinder-Anordnung, welche besonders kostengünstig herstellbar ist, wird ein Geräuschverhalten verbessert, wenn der Kolben (6) auf mindestens einem Teil seiner Oberfläche (18) segmentiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere für ein Kupplungsbetätigungssystem, umfassend ein Gehäuse, in dem ein Kolben axial beweglich gelagert ist, wobei das Gehäuse mit einer Dichtung, an welcher der Kolben anliegt, abgedichtet ist.
Es sind Kupplungsbetätigungssysteme bekannt, welche einen Geberzylinder aufweisen, der ein zylindrisches Gehäuse bildet, in dem ein Kolben axial beweglich gelagert ist. Mittels einer Dichtung, welche zwischen Gehäuse und Kolben angeordnet ist, wird das Gehäuse abgedichtet. Die Kolben bestehen dabei aus einem duroplastischen Werkstoff. Durch die spezifischen Eigenschaften der Oberfläche des Kolbens, die von den Materialeigenschaften herrühren, können Geräusche bei der Bewegung des Kolbens minimiert werden. Allerdings sind duroplastische Werkstoffe in der Regel sehr anfällig für Stöße und Schläge, was den Einsatz in Kraftfahrzeugen begrenzt. Auch die Herstellungskosten von duroplastischen Kolben sind deutlich teurer als beispielsweise ein thermoplastischer Kolben. Es ist bekannt, weiche Dichtungswerkstoffe oder Silikonbauteile einzusetzen, um die Geräusche zu vermindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Zylinder-Anordnung anzugeben, bei welcher die Geräuschbelästigung durch die Bewegung des Kolbens über die Dichtung mit einfachen Mitteln reduziert wird.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Kolben auf mindestens einem Teil seiner Oberfläche segmentiert ist. Durch die Segmentierung wird die Dichtung an ihrem Dichtungsdurchmesser ständig anders belastet. Dadurch können tribologische Effekte verringert werden. Das Geräuschverhalten kann bei Verwendung ungünstig tribologischer Paarungsmaterialien von Kolben und Dichtung durch eine Frequenzverschiebung in einen annehmbaren Bereich verbessert werden.
Vorteilhafterweise sind die durch die Segmentierung gebildeten Segmente auf der Oberfläche des Kolbens durch Vertiefungen oder Erhöhungen abgegrenzt. Durch diese Vertiefungen oder Erhöhungen wird die unterschiedliche Belastung des Dichtungsdurchmessers unterstützt.
In einer besonders einfachen Ausführungsform erfolgt die Segmentierung der Oberfläche durch eine auf der Oberfläche ausgebildete helixförmige Struktur. Diese helixförmige Struktur lässt sich einfach herstellen und segmentiert die Oberfläche des Kolbens in verschiedene Oberflächenbereiche.
In einer Variante ist die helixförmige Struktur als Doppel- oder Dreifachhelix ausgebildet. Somit wird eine besonders feine Strukturierung der Oberfläche des Kolbens erreicht.
In einer Ausführungsform sind die Helices auf der Oberfläche des Kolbens zueinander versetzt ausgebildet. Dadurch werden unterschiedlich große Segmente der Oberfläche erzeugt, wodurch die ständig wechselnde Belastung der Dichtung an ihrem Durchmesser bei der Berührung des bewegten Kolbens gewährleistet wird und auf die Berührlänge von Kolben und Dichtung Einfluss genommen werden kann. Eine ständige Veränderung der Berührlängen kann ebenfalls das Geräuschverhalten durch eine Verschiebung der Frequenzen in einen annehmbaren Bereich verbessern.
In einer Variante sind die zwischen den Segmenten der Oberfläche ausgebildeten streifenförmigen Vertiefungen mit einer gleitfähigen Substanz gefüllt. Diese gleitfähige Substanz unterstützt die Bewegung des Kolbens an der Dichtung, ohne dass die Dichtung dauerhaft über eine unvorteilhafte Materialoberfläche des Kolbens bewegt werden muss.
In einer Ausführungsform enthält die gleitfähige Substanz Fettpartikel. Bei Verwendung von Fettpartikeln können besonders kostengünstige Materialien eingesetzt werden, wodurch die Herstellungskosten für solche Kolben-Zylinder-Anordnungen reduziert werden.
Vorteilhafterweise ist die Dichtung stehend ausgebildet und vorzugsweise am Gehäuse befestigt. Trotz fester Positionierung der Dichtung wird diese in ihrem Dichtungsdurchmesser durch den vorbeigleitenden Kolben ständig anders belastet.
In einer Weiterbildung ist der Kolben radial segmentiert. Durch diese radiale Segmentierung am Durchmesser des Kolbens kann die Dichtung bei einem weichen Übergang zwischen Segment und Vertiefung einen geringfügigen Unterschied zwischen Kolben und Dichtung ohne Probleme ausgleichen, wobei die Dichtwirkung garantiert bleibt.
Vorteilhafterweise ist die Kolben-Zylinder-Anordnung als Geberzylinder des Kupplungsbetätigungssystems ausgebildet.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:

1 einen schematischen Aufbau eines hydrostatischen Kupplungsbetätigungssystems,
2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Geberzylinders des Kupplungsbetätigungssystems,
3 ein Ausführungsbeispiel des Kolbens des erfindungsgemäßen Geberzylinders.

In 1 ist schematisch ein Aufbau eines automatisierten Kupplungsbetätigungssystems 1 am Beispiel eines schematisch dargestellten hydraulischen hydrostatischen Kupplungsaktors dargestellt, wie es in Fahrzeugen zum Einsatz kommt. Das hydraulische Kupplungsbetätigungssystem 1 umfasst auf der Geberseite 2 ein Steuergerät 3, welches einen Elektromotor 4 ansteuert, der wiederum ein Getriebe 5 zur Umwandlung der Rotationsbewegung des Elektromotors 4 in eine Translationsbewegung eines Kolbens 6 antreibt, der innerhalb eines Geberzylinders 7 axial beweglich gelagert ist. Verursacht eine Drehbewegung des Elektromotors 4 eine Positionsänderung des Kolbens 6 im Geberzylinder 7 entlang des Aktorweges nach rechts, wird das Volumen des Geberzylinders 7 verändert, wodurch ein Druck p in dem Geberzylinder 7 aufgebaut wird, der über ein Druckmittel 8 über eine Hydraulikleitung 9 zur Nehmerseite 10 des hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems 1 übertragen wird. Auf der Nehmerseite 10 verursacht der Druck p des Druckmittels 8 in einem Nehmerzylinder 11 eine Wegänderung eines Kolbens 15 des Nehmerzylinders 11, die auf eine Kupplung 12 übertragen wird, um diese zu betätigen.
In 2 ist der Geberzylinder 7 des Kupplungsbetätigungssystems 1 näher dargestellt. Er umfasst ein Gehäuse 14, in welchem der Kolben 6 axial beweglich ist. Das Gehäuse 14 spannt in seinem Inneren einen Druckraum 16 auf, in dem der Kolben 6 bewegt wird. An der Innenwandung des Gehäuses 14 ist eine umlaufende Dichtung 17 stehend befestigt, welche der Kolben 6 bei seiner Bewegung innerhalb des Gehäuses 14 berührt. Der Kolben 6 besteht dabei aus einem Duroplast.
In 3 ist die Oberfläche 18 des Kolbens 6 dargestellt. Die Oberfläche 18 ist mit einer vierfach-helixförmigen Struktur 19 versehen, wodurch diese Oberfläche 18 in Segmente 20 unterteilt wird, zwischen denen schmale Streifen in Form von Vertiefungen 21 ausgebildet sind. Diese Vertiefungen 21 sind mit einer Fettpartikel umfassenden Substanz gefüllt, die sich durch die Bewegung des Kolbens 6 an der Dichtung 17 auf der Oberfläche 18 verteilt. Dadurch muss die Dichtung 17 nicht dauerhaft über die tribologisch unvorteilhafte Oberfläche 18 des
Kolbens 6 bewegt werden. Durch die Anordnung der Vierfachhelix-Struktur 19 wird die Dichtung 17 an ihrem Dichtdurchmesser ständig anders belastet bzw. ihr Stick-Slip-Verhalten wird bei der Bewegung fortlaufend verändert. Dadurch werden tribologische Effekte (Reibeffekte) vermindert bzw. dabei entstehende resultierende Frequenzen in einen Bereich verschoben, wo ein Geräuschverhalten bei der Bewegung des Kolbens 6 entlang der Dichtung 17 trotz ungünstiger tribologischer Materialpaarungen des Kolbens 6 und der Dichtung 17 in einen annehmbaren Bereich gelangt. Dadurch wird das Geräuschverhalten des Geberzylinders 7 verbessert, ohne aufwändige Materialien bei Kolben 6 und Dichtung 17 zu verwenden.
Neben der Oberfläche 18 kann auch der Kolben 6 in seinem Durchmesser segmentiert sein. Dadurch kann die Dichtung 17 bei einem weichen Übergang zwischen den Segmenten 19 und den Vertiefungen 21 des Kolbens 6 einen Unterschied im Hundertstel-Bereich ohne Probleme ausgleichen, ohne ihre Dichtwirkung zu verlieren. Die Frequenz des bei der Bewegung des Kolbens 6 über der Dichtung 17 entstehenden Geräusches wird verändert, wodurch das Geräuschverhalten des Geberzylinders verbessert wird.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsbetätigungssystem
2: Geberseite
3: Steuergerät
4: Elektromotor
5: Getriebe
6: Kolben
7: Geberzylinder
8: Druckmittel
9: Hydraulikleitung
10: Nehmerseite
11: Nehmerzylinder
12: Kupplung
14: Gehäuse
15: Kolben
16: Druckraum
17: Dichtung
18: Oberfläche des Kolbens des Geberzylinders
19: helixförmige Struktur
20: Segment
21: Vertiefung

Claims

Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere für ein Kupplungsbetätigungssystem, umfassend ein Gehäuse (14), in dem ein Kolben (6) axial beweglich gelagert ist, wobei das Gehäuse (14) mit einer Dichtung (17), an welcher der Kolben (6) anliegt, abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (6) auf mindestens einem Teil seiner Oberfläche (18) segmentiert ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Segmentierung gebildeten Segmente (20) auf der Oberfläche (18) des Kolbens (6) durch Vertiefungen (21) oder Erhöhungen abgegrenzt sind.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentierung der Oberfläche (18) durch eine auf der Oberfläche (18) ausgebildete helixförmige Struktur (19) erfolgt.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als helixförmige Struktur (19) eine Doppel- oder Dreifachhelix ausgebildet ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Helices auf der Oberfläche (18) des Kolbens (6) zueinander versetzt ausgebildet sind.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Segmenten (20) der Oberfläche (18) ausgebildeten Vertiefungen (21) mit einer gleitfähigen Substanz gefüllt sind.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gleitfähige Substanz Fettpartikel enthält.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (17) stehend ausgebildet ist und vorzugsweise am Gehäuse (14) befestigt ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kolbens (6) radial segmentiert ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Zylinder-Anordnung als Geberzylinder (7) des Kupplungsbetätigungssystems (1) ausgebildet ist.