-
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen hydraulischen Geberzylinder, welcher Kolben zum axialen Verlagern in dem Geberzylinder als mechanische Antwort auf eine Einleitung von aktivierender Pedalkraft vorgesehen ist, um dabei Hydraulikmittel aus dem Geberzylinder auszustoßen und eine Nehmerzylindereinheit zu betätigen. Eine Kolbenstangenaufnahme ist hierbei am Kolben festlegbar/festgelegt, um eine von einer Kolbenstange eingeleitete Axialkraft an den Kolben weiterzugeben.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Geberzylindereinheit, die einen erfindungsgemäßen Kolben sowie einen hydraulischen Geberzylinder aufweist.
-
Gattungsgemäße Kolben bzw. Geberzylindereinheiten sind etwa aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 010 448 A1 bekannt. Darin ist ein Geberzylinder für eine hydraulische Kupplungs- oder Bremsbetätigung offenbart. Dieser ist in einem Gehäuse angeordnet, in dem wiederum ein Kolben durch eine Druckbeaufschlagung axial bewegbar angebracht ist. Der Kolben ist gegenüber dem Gehäuse mittels Dichtungen abgedichtet ist, wobei die Dichtungen durch einen auf dem Kolben aufgebrachten Zwischenring axial zueinander beabstandet sind. Zur Vermeidung eines Schmutzeintrages auf der Führungsfläche des Kolbens wird der Zwischenring radial spielfrei zentriert am Innendurchmesser des Gehäuses aufgenommen.
-
Gattungsgemäße Geberkolben stehen in hydraulischer Verbindung mit Nehmerkolben, die wiederum eine Betätigung etwa einer Kupplung oder einer Bremse vornehmen. Um jene Betätigung möglichst effizient zu gestalten, ist der Geberkolben gegenüber dem Geberzylinder abdichtend auszugestalten. Für eine solche Abdichtung haben sich insbesondere Duroplast-Werkstoffe als geeignet herauskristallisiert, sodass die Geberkolben häufig mittels solcher Duroplast-Werkstoffe realisiert sind. Problematisch bei der Duroplast-Ausgestaltung ist zum ersten, dass sie Kosten verursacht, da sie in der Herstellung aufwändig ist.
-
Ein weiterer Nachteil aus der Duroplast-Ausgestaltung im Stand der Technik ist, dass dieser zwar eine hochzuverlässige Dichtfunktion realisiert, jedoch zu wenig Steifheit / Festigkeit besitzt, um einen robusten und zuverlässigen Anschlag des Kolbens am Zylinder in der oberen Totpunktlage zu gewährleisten. So erzwingt jene Anordnung eine Ausgestaltung der Geberzylindereinheit, in der der Anschlag / die Stopp-Funktion über eine zusätzliche Komponente realisiert wird.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben oder zumindest zu mildern und insbesondere einen Kolben bereitzustellen, der bei identischer oder sogar verbesserter Dichtfunktion des Kolbens gegenüber dem Geberzylinder zum einen eine Kostenreduktion in der Herstellung bewirkt und zum zweiten die Stopp-Funktion durch den Kolben selbst realisiert.
-
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kolben derart mehrteilig ausgebildet ist, dass eine vorzugsweise mantelartige Führungshülse zum schleifenden und dichtenden Kontaktieren des Geberzylinders einen von der Führungshülse separaten Kern umgibt, der vorzugsweise zum Aufnehmen der Kolbenstangenaufnahme ausgelegt ist. Somit ist es möglich, die dichtende Führungshülse weiterhin mit den effizienten Dichteigenschaften aus dem Stand der Technik auszugestalten, während der Kern dazu separat als eine starre Komponente ausgebildet ist, die einerseits die Führungshülse radial aufweitet, wodurch deren Dichtzuverlässigkeit erhöht wird und andererseits eine solche Schulter ausformt, dass über diese die Stopp-Funktion gewährleistet ist.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert.
-
So ist es von Vorteil, wenn der Kern in axialer Richtung an der der Kolbenstangenaufnahme abgewandten Seite des Kolbens über die Führungshülse übersteht / die Führungshülse axial überlappt. Dies garantiert, dass in der oberen Totpunktlage nur der Kern an dem Geberzylinder anliegt, wodurch die Stopp-Funktion effizient durch den Kern und somit den Kolben selbst realisiert ist.
-
Insbesondere dann, wenn zwischen der Führungshülse und dem Kern eine zusätzliche Dichtung, vorzugsweise ein O-Ring, angeordnet ist, garantiert auch die erfindungsgemäß mehrteilige Kolbenausgestaltung zwei voneinander durch den Kolben fluidisch getrennte Räume in dem Geberzylinder. Die Dichtung ist hierbei vorzugsweise in einer Rille, die außen auf dem Kern auf-/angebracht ist, geführt.
-
Bevorzugt weist der Kern an seiner radialen Außenseite zumindest einen Hohlraum auf, um gegenüber einem massiven Kolben weitere Materialeinsparungen zu realisieren. Dadurch, dass der Kern nicht in Kontakt mit der radialen Mantelfläche des Geberzylinders ist, ist er aus einem starren Material ausformbar, wodurch der Hohlraum jener Ausführungsform mit keinerlei Einbuße in der Festigkeit des Kolbens verbunden ist.
-
Weiter vorteilhaft weist der Kern eine Anzahl, wie etwa 4, 8, 12 oder 16, an Hohlräumen auf, die voneinander durch Querrippen getrennt sind. Die Querrippen verlaufen quer, vorzugsweise orthogonal, zur Längsrichtung des Kolbens und sind weiterbevorzugt planparallel zueinander. Die Querrippen ermöglichen zum einen die Ausgestaltung von Hohlräumen, welche die vorstehend erwähnten Materialeinsparungen nach sich ziehen. Zum zweiten sind die Querrippen an ihrer radialen Außenseite dazu vorbereitet, mit der Innenseite der Führungshülse in Kontakt zu stehen und diese somit radial aufzuspreizen. Somit tragen die Querrippen zur Dichtung des Kolbens bei, weshalb in ihrer geometrischen Form auf einen weichen Kontakt mit der Innenseite der Führungshülse Rücksicht zu nehmen ist.
-
Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zwischen zwei Querrippen in Umfangsrichtung mehrere, vorzugsweise jeweils vier, Hohlräume ausgebildet sind, die von Längsrippen definiert sind, ist die Segmentierung des Kerns weiter vorangetrieben. Die Segmentierung ermöglicht eine optimale Bauraumnutzung bei geringem Gewicht und kostengünstiger Herstellung.
-
Insbesondere dann, wenn die Kolbenstangenaufnahme über eine Anzahl von in Axialrichtung beabstandeten Widerhaken form- und/oder kraftschlüssig mit dem Kern verbunden ist, lässt sich der erfindungsgemäße Kolben kompakt und somit bauraumsparend anordnen. Überdies ermöglichen die Widerhaken auf engem Bauraum eine effiziente Kopplung von zwei separaten Bauteilen.
-
Die Kolbenstangenaufnahme weist bevorzugt an der der Kolbenstange zugewandten Seite eine tannenbaumartige Struktur aufweist, wodurch in der Umfangsrichtung der Kolbenstangenaufnahme eine Anzahl von schlitzgetrennten Segmenten vorhanden ist. Jene schlitzgetrennten Segmente ermöglichen der Kolbenstangenaufnahme eine gewisse Flexibilität in radialer Richtung. Somit ist ein formschlüssiges Einschnappen der Kolbenstangenaufnahme auf der Kolbenstange ermöglicht, was die Montagezeiten dieser Ausführungsform minimiert.
-
Sobald die Führungshülse als Duroplast-Werkstoff ausgestaltet ist, ist eine effiziente Dichtung bei hoher Lebensdauer möglich. Überdies zeichnen sich Duroplaste dadurch aus, dass sie einen verhältnismäßig geringen Reibkoeffizienten aufweisen, wodurch ein Abgleiten des Kolbens in dem Zylinder möglich ist, ohne hohe Reibungskräfte überwinden zu müssen. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Effizienz sowie auf die Betätigungsdynamik des erfindungsgemäßen Kolbens aus.
-
In einer weiteren Ausführungsform sind die Führungshülse und der Kern aus zueinander unterschiedlichen Materialien hergestellt. Während die Führungshülse aus einem dichtenden, abgleitenden Material, wie dem vorstehend eingeführten Duroplast, ausgebildet ist, ist der Kern aus einem Material hergestellt, das günstiger ist und einer erhöhte Festigkeit und/oder Steifigkeit aufweist als ein Duroplast, damit die Stopp-Funktion gewährleistet werden kann.
-
Wie eingangs erwähnt ist weiterhin eine Geberzylindereinheit Gegenstand der Erfindung. Diese weist einen Kolben und einen Geberzylinder auf, wobei der Kolben gemäß der Erfindung mehrteilig aus einer Führungshülse und einem Kern ausgestaltet ist. Somit lassen sich die Vorteile des Kolbens auf die gesamte Einheit potenzieren, wodurch eine Bewegung eines Nehmerkolbens bei gesenkten Kosten dynamischer und zuverlässiger vornehmbar ist.
-
Weiterhin ist zu sagen, dass die erfindungsgemäße Aufteilung des Kolbens in einen Kern und eine Führungshülse auch die Spritzgießbarkeit erhöht, da die Führungshülse schneller und leichter zu spritzgießen ist als das Vollmaterial, das aus dem Stand der Technik bekannt ist.
-
Bei der Ausführungsform, in der die Dichtung zwischen dem Kern und der Führungshülse angebracht ist, ist vorzugsweise ein Luftblasendurchgang während der Befüllung des Zylinders unterbunden.
-
Die Materialeinsparung des Duroplasten beläuft sich vorzugsweise auf rund 50%. Während im Stand der Technik ein herkömmlicher Kolben rund 7725mm3 an Volumen einnimmt, nimmt die erfindungsgemäße Führungshülse vorzugsweise 3980mm3 ein. Hieraus folgt die rund 50 prozentige Einsparung.
-
Selbst wenn das Volumen des Kerns mit eingerechnet wird, ermöglicht die Erfindung eine Materialeinsparung, da der Kern etwa Hohlvolumina ausbildet. In dem Beispiel zuvor nimmt der Kern neben den 3980mm3 der Führungshülse rund 1960mm3 ein. Als Quotient jener Summe mit den 7725mm3, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, ergibt sich demnach eine Volumeneinahme von rund 75%, weshalb insgesamt eine Volumeneinsparung von rund 25% erreicht ist.
-
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Erfindung einen Geberzylinder / eine Geberzylindereinheit mit optimierter Kolbenstruktur betrifft. Hierbei geht die Erfindung über den Stand der Technik, in dem der Kolben eines Geberzylinders als Vollvolumenkörper ausgebildet ist und dadurch einen hohen Materialverbrauch und damit hohe Bauteilkosten bedingt, hinaus.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung einen Geberzylinder zu offenbaren, der den Materialaufwand reduziert und damit die Kosten senkt. Vorgeschlagen ist vor diesem Hintergrund, den Kolben anstelle eines Vollvolumenkörpers als rahmenartige Struktur / Kern zu gestalten, die von einer Führungshülse umgeben ist. Die Dichtfunktion zwischen der Führungshülse und dem Kern des Kolbens wird dabei über einen (zusätzlichen) Dichtungsring gewährleistet. Zur Anbindung des Kolbens an die Kolbenstangenaufnahme ist die Kolbenstangenaufnahme mit einer tannenbaumartigen Struktur versehen.
-
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert sind. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Geberzylindereinheit mit einem Geberzylinder und einem Kolben;
- 2a den Kolben mit einer Kolbenstange in einer ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
- 2b den Kolben mit der Kolbenstange in einer ersten Ausführungsform in einer Längsschnittdarstellung;
- 3a den Kolben mit der Kolbenstange in einer ersten Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung, in der eine Kolbenstangenaufnahme mit der Kolbenstange gekoppelt ist;
- 3b den Kolben mit der Kolbenstange in einer zur 3a korrespondierenden Längsschnittdarstellung;
- 4a den Kolben mit der Kolbenstange in der ersten Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung, in der weitere Komponenten miteinander gekoppelt sind;
- 4b den Kolben mit der Kolbenstange in einer zur 4a korrespondierenden Längsschnittdarstellung;
- 5a den Kolben mit der Kolbenstange in der ersten Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung, in der wiederum weitere Komponenten miteinander gekoppelt sind;
- 5b den Kolben mit der Kolbenstange in einer zur 5a korrespondierenden Längsschnittdarstellung;
- 6a den Kolben mit der Kolbenstange in einem Längsschnitt entlang der Linie A-A aus 6b;
- 6b den Kolben mit der Kolbenstange in einem Querschnitt entlang der Linie B-B aus 6a;
- 7a einen Kern des Kolbens in einer Seitenansicht, sowie in einem Querschnitt entlang der Linie B-B;
- 7b den Kern in einer perspektivischen Ansicht;
- 8a eine Führungshülse des Kolbens in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A;
- 8b die Führungshülse in einer perspektivischen Ansicht;
- 9 von der Kolbenstangenaufnahme ausgeformte Widerhaken, die in den Kern eingreifen;
- 10 einen Überhang zwischen dem Kern und der Führungshülse;
- 11a den Kolben mit der Kolbenstange in einer weiteren Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung, in der die Kolbenstangenaufnahme mit der Kolbenstange gekoppelt ist;
- 11b den Kolben mit der Kolbenstange in einer zur 11a korrespondierenden Längsschnittdarstellung;
- 12a den Kolben mit der Kolbenstange in der weiteren Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung, in der weitere Komponenten miteinander gekoppelt sind;
- 12b den Kolben mit der Kolbenstange in einer zur 12a korrespondierenden Längsschnittdarstellung;
- 13a den Kolben mit der Kolbenstange in der weiteren Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung, in der wiederum weitere Komponenten miteinander gekoppelt sind;
- 13b den Kolben mit der Kolbenstange in einer zur 13a korrespondierenden Längsschnittdarstellung;
- 14a den Kolben mit der Kolbenstange verbunden;
- 14b den Kolben mit der Kolbenstange in einer zur 14a korrespondierenden Längsschnittdarstellung;
- 15a einen Längsschnitt wie in 6 durch den Kolben mit der Kolbenstange entlang der Linie A-A aus 15b in einer weiteren Ausführungsform;
- 15b eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B aus 15a;
- 16a den Kern in einer weiteren Ausführungsform des Kolbens in einer Seitenansicht, sowie in einem Querschnitt entlang der Linie B-B;
- 16b den Kern in einer perspektivischen Ansicht;
- 17a die Führungshülse des Kolbens in einer weiteren Ausführungsform in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A;
- 17b die Führungshülse in einer perspektivischen Ansicht; und
- 18 von der Kolbenstangenaufnahme ausgeformte Widerhaken in einer weiteren Ausführungsform.
-
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die einzelnen Merkmale können untereinander ausgetauscht werden. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt einen Kolben 1, der in einem hydraulischen Geberzylinder 2 angeordnet ist. Der Kolben 1 ist über eine Kolbenstangenaufnahme 3 mit einer Kolbenstange 4 gekoppelt. Weiterhin ist der Kolben 1 derart mehrteilig ausgebildet, dass eine Führungshülse 5 zum schleifenden Kontaktieren des Geberzylinders 2 einen von der Führungshülse 5 separaten Kern 6 umgibt. Der mit X referenzierte Kreis ist in der weiter unten beschriebenen 10 näher dargestellt.
-
In 2a ist eine erste Ausführungsform des Kolbens 1 und der Kolbenstange 4 in einer Explosionsdarstellung dargestellt. An dem der Kolbenstangenaufnahme 3 zugewandten Ende des Kerns 6 ist ein O-Ring 7 als Dichtung angeordnet. Die Kolbenstangenaufnahme 3 weist eine tannenbaumartige Struktur auf, um eine radiale Aufweitung um den Kugelkopf der Kolbenstange 4 zu ermöglichen.
-
In dem in 2b dargestellten Längsschnitt ist erkennbar, dass die Führungshülse 5 im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet ist. Eine Hülsenschulter 8 ragt zur Rotationsachse der Führungshülse 5 hin, um dem Kern 6 einen Anschlag in der Führungshülse 5 zu ermöglichen. In dem Teillängsschnitt aus 2b ist (ebenso wie in den 3b und 4b) die Führungshülse 5 in einer Schnittdarstellung gezeigt und der Kern in einer Seitenansicht.
-
In 3a ist die tannenbaumartige Kolbenstangenaufnahme 3 mit der Kolbenstange gekoppelt. Außerdem ist der O-Ring 7 in eine Rille auf der Außenseite des Kerns 6 eingepasst, wie auch in dem Längsschnitt aus 3b erkennbar ist. Die Kolbenstangenaufnahme 3 schmiegt sich an die Kolbenaufnahme an, um einen zuverlässigen Formschluss zu realisieren, über den sowohl eine Zug-, als auch eine Druckkraft übertragbar ist.
-
In 4a ist der Kern 6 bis zur Hülsenschulter 8 in die Führungshülse 5 eingeschoben. Dies stellt den vorletzten Montageschritt dar. Im letzten Montageschritt schließlich ist die Kolbenstangenaufnahme 3 in den Kern 6 eingesteckt. Über Widerhaken 9 ist etwa ein Formschluss zwischen der Kolbenstangenaufnahme 3 und dem Kern 6 sichergestellt.
-
Dieser zusammengebaute Zustand ist in den 5a und 5b gezeigt. Der O-Ring 7 garantiert, dass der Kolben 1 eine Abdichtung der vom Kolben 1 definierten Kammern im Geberzylinder 2 vornimmt. Weiterhin ermöglicht die Hülsenschulter 8 neben dem Kern 6 auch der Kolbenstangenaufnahme 3 einen Anschlag in axialer Richtung.
-
Die 6a und 6b zeigen den zusammengebauten Kolben in einem Längsschnitt bzw. einer Draufsicht. In der Draufsicht sind Hohlräume 10 des Kerns 6, die im Zusammenhang mit 7 näher erläutert sind, erkennbar. Die restlichen Merkmale sind im Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren beschrieben.
-
In 7a ist der Kern 6 in einer Seitenansicht bzw. in einem Querschnitt entlang der Linie B-B dargestellt. Die zuvor angesprochenen Hohlräume 10 sind in der perspektivischen Ansicht in 7b erkennbar. Sie werden aus dem Zusammenspiel von Querrippen 11 mit Längsrippen 12 ausgebildet.
-
In der Ansicht der Führungshülse 5 in den 8a und b ist neben der bekannten Form im Längsschnitt erkennbar, dass die Hülse perspektivisch durch ihre Außenfläche einen Zylinder darstellt. Dieser ist dazu vorbereitet, an der Innenwand des Geberzylinders zu gleiten.
-
Der Formschluss zwischen den Widerhaken 9 den Kern 6 ist in 9 vergrößert dargestellt. Der O-Ring 7 liegt überdies an der Hülsenschulter 8 an.
-
Die vergrößerte Ansicht aus 10 zeigt einen Teil aus 1. Hierbei schlägt der Kern an einer Zylinderschulter 13 an und ermöglicht somit die Stopp-Funktion.
-
In den 11a und b ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Der O-Ring 7 ist hierbei an dem der Kolbenaufnahme 3 abgewandten Ende des Kerns 6 angeordnet. Dementsprechend weist der Kern 6 eine O-Ring-Nut 14 an jenem Ende des Kerns 6 auf.
-
Der in der O-Ring-Nut 14 montierte O-Ring 7 ist in den 12a, b dargestellt. Die weiteren Komponenten sind bereits aus den 3a, b bekannt, weshalb an dieser Stelle, um Wiederholungen zu vermeiden, auf die Beschreibung jener Figuren verwiesen sei. Eben dies gilt auch für die 13a, b und 14a, b, die den 4a, b bzw. 5a, b zuordenbar sind, wobei jeweils die Anordnung des O-Rings 7 eine andere ist.
-
In dem Längsschnitt aus 15a der O-Ring 7 im Bereich der Hülsenschulter 8 angeordnet. Wie an der Schraffur des Kerns 6 und der Führungshülse 5 erkennbar ist, sind diese vorzugsweise beide aus Kunststoffen hergestellt. Bevorzugt unterscheiden sich jedoch beide Kunststoffe voneinander.
-
Die von der Erfindung realisierte Volumeneinsparung wird auch in der 15b deutlich, in der neben den vier Längsrippen 12 in Umfangsrichtung verteilt ein Hohlraum 10 zwischen der Führungshülse 5 und dem Kern 6 ausgebildet ist.
-
In den 16a und b ist der Kern 6 in einem weiteren Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht, dem Querschnitt und einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Hierbei ist der O-Ring 7 dazu vorbereitet, im Bereich einer Kernschulter 15 angeordnet zu sein.
-
Die 17a und b zeigen die Führungshülse 5, die zu dem Kern 6 aus den 16a und b gehören. Jene Führungshülse 5 bildet hierbei die Hülsenschulter 8 auch. Es ist möglich, dass jene Führungshülse 5 analog oder sogar identisch zu der Führungshülse aus der anderen Ausführungsform ausgeformt ist.
-
In 18 ist der Eingriff der Widerhaken 9 in den Kern 6 in der Ausführungsform dargestellt, in der die O-Ring-Nut 14 an dem der Kolbenstangenaufnahme 3 abgewandten Ende angeordnet ist. Folglich liegt hier, anders als in 9, kein O-Ring 7 an der Hülsenschulter 8 an.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kolben
- 2
- Geberzylinder
- 3
- Kolbenstangenaufnahme
- 4
- Kolbenstange
- 5
- Führungshülse
- 6
- Kern
- 7
- O-Ring
- 8
- Hülsenschulter
- 9
- Widerhaken
- 10
- Hohlraum
- 11
- Querrippen
- 12
- Längsrippen
- 13
- Zylinderschulter
- 14
- O-Ring-Nut
- 15
- Kernschulter
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008010448 A1 [0003]
