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Die Erfindung betrifft einen Druckzylinder für ein hydraulisches Kupplungsbestätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, wie einem Pkw, Lkw, Bus oder sonstigen Nutzfahrzeug, mit einem Gehäuse, einem relativ zu dem Gehäuse verschiebbar angeordneten und mit einem Kolben verbundenen Kolbenstange sowie einem einen aus dem Gehäuse hinausragenden Längsbereich der Kolbenstange abdeckenden Faltenbalg, wobei der Faltenbalg mit einem ersten Endbereich auf einem Außenumfangsflächenbereich des Gehäuses angebracht ist / angeordnet ist / anliegt / befestigt ist und mit einem, dem ersten Endbereich abgewandten, zweiten Endbereich mit der Kolbenstange verschiebefest gekoppelt ist.
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Üblicherweise ist die Kolbenstange über ein Kugelgelenk mit dem Kolben verbunden. Zur Befestigung des Faltenbalges an der Kolbenstange wird häufig ein Anschlag an der Kolbenstange eingesetzt, über den die Anbindung zum Faltenbalg realisiert wird.
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Das Gehäuse kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet werden. Üblich ist eine mehrteilige, bspw. zweiteilige Form, bei der das Gehäuse einen Grundkörper als erstes Teil besitzt, an dem ein Schweißring als zweites Gehäuseteil befestigt ist, insbesondere angeschweißt ist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kupplung / ein Kupplungssystem für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit dem Druckzylinder.
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Gattungsgemäße Druckzylinder sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Die
DE 10 2012 212 059 A1 offenbart bspw. einen Nehmerzylinder zur Betätigung einer Kupplung an einem Kraftfahrzeug.
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Bei bekannten Druckzylinderausführungen hat es sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass unter bestimmten Bedingungen der Faltenbalg verrutschen oder gar beschädigt werden kann. Ein Ausfall des Faltenbalgs und damit ein ungewollter Eintrag von Schmutz / Staub und Flüssigkeiten aus der Umgebung kann die Folge sein. Insbesondere kann der Faltenbalg seitens des Gehäuses und/oder der Kolbenstange aufgrund des sich beim Verschieben des Kolbens relativ zu dem Gehäuse bildenden Unter- oder Überdrucks undicht werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und einen Druckzylinder zur Verfügung zu stellen, bei dem die umgebungsseitige Schmutzabdichtung des Kolbens bzw. der Kolbenstange langlebiger umgesetzt ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Außenumfangsflächenbereich eine labyrinthartige Rillenstruktur eingebracht ist, die derart ausgestaltet sowie auf den ersten Endbereich abgestimmt ist, dass bei einem Verschieben des Kolbens - und damit auch der Kolbenstange - (relativ zu dem Gehäuse) ein Luftdruckausgleich zwischen einem durch den Faltenbalg umschlossenen Innenraum und einer Umgebung stattfindet / ermöglicht ist.
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Dadurch ist eine Druckausgleichseinrichtung vorhanden, die auf einfache Weise einen Luftaustausch im Betrieb des Druckzylinders gewährleistet. Zugleich, aufgrund der Labyrinthform der Rillenstruktur, wird es Schmutzpartikeln, wie Staubteilchen und/oder Wassertropfen, aufgrund des relativ großen Strömungsweges der Luft deutlich erschwert, in den Innenraum einzudringen. Somit ist auch die Schmutzabdichtung weiterhin gewährleistet.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Ist die Rillenstruktur als eine Nut ausgebildet, ist diese in ihrer Geometrie besonders variabel in die Außenumfangsseite des Gehäuses einbringbar.
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Alternativ ist es jedoch auch besonders bevorzugt, die Rillenstruktur als eine urformtechnisch, vorzugsweise (spritz-)gießtechnisch, ausgebildete Aussparung umzusetzen.
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Verläuft die Rillenstruktur mäanderartig, ist eine besonders platzsparende Struktur umgesetzt, durch die der Strömungsweg für die Luft besonders lang wird.
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In diesem Zusammenhang ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Rillenstruktur an zumindest einem Abschnitt eines Zwischenbereichs, unter Ausbildung eines Reservoirs, erweitert ist. Dadurch wird in der Rillenstruktur eine Sammelstelle zur Verfügung gestellt, in der sich ein dennoch in die Rillenstruktur eintretender Schmutz ansammelt und vor dem Eindringen in den Innenraum gehindert wird.
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In diesem Zusammenhang ist es wiederum vorteilhaft, wenn ein erster Öffnungsbereich der Rillenstruktur in axialer Richtung (vorzugsweise gerade) verläuft und zu einer ersten axialen Seite des ersten Endbereichs hin zur Umgebung geöffnet ist.
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Ein zweiter Öffnungsbereich der Rillenstruktur verläuft vorteilhafterweise ebenfalls in axialer Richtung und ist zu einer zweiten axialen Seite des ersten Endbereichs hin zum Innenraum geöffnet.
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Die beiden Öffnungsbereiche sind besonders bevorzugt in einem gleichen Umfangsbereich, d.h. in Umfangsrichtung auf gleicher Höhe (d.h. die Öffnungsbereiche fluchten in axialer Richtung gesehen miteinander) angeordnet.
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Zwischen dem ersten Öffnungsbereich und dem zweiten Öffnungsbereich ist weiter bevorzugt der Zwischenbereich angeordnet, wobei der Zwischenbereich weiter bevorzugt U-förmig / siphonförmig verläuft und/oder in Umfangsrichtung langgestreckt ist.
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Der Zwischenbereich ist zweckmäßigerweise in axialer Richtung gesehen im Bereich eines an dem Außenumfangsflächenbereich radial von außen anliegenden Sitzbereich / Sitz des Faltenbalges vorgesehen. Dadurch wird die Funktionsweise der Rillenstruktur weiter verbessert.
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Diesbezüglich ist es wiederum zweckmäßig, wenn das Reservoir in einem den Öffnungsbereichen (in Umfangsrichtung) abgewandten Wendeabschnitt des Zwischenbereiches ausgebildet ist. Dadurch werden die jeweiligen Schmutzpartikel gezwungen, einen möglichst langen Weg quer zu der axialen Richtung zurückzulegen.
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Ist der Wendeabschnitt gegenüber dem ersten Öffnungsbereich und dem zweiten Öffnungsbereich erweitert (vorzugsweise hinsichtlich seiner Breite / Erstreckung in axialer Richtung), ist das Reservoir auf besonders einfache Weise ausgebildet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit dem erfindungsgemäßen Druckzylinder nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen, wobei der Druckzylinder als Nehmerzylinder und / oder Geberzylinder eines Kupplungsbetätigungssystems der Kupplung eingesetzt ist.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß vorgeschlagen, an einem Gehäuse eines Geber- oder Nehmerzylinders eine labyrinthartige Nut vorzusehen, welche Schmutz bzw. Wasser, die dazu neigen einzutreten, aufzufangen und vor dem Eintreten in den Innenraum fern zu halten. Dadurch ist ein Staubfang für einen Geber- oder Nehmerzylinder in einem hydraulischen System besonders effektiv ausgeführt.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele veranschaulicht sind.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckzylinders nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei der prinzipielle Aufbau des Druckzylinders gut erkennbar ist,
- 2 eine perspektivische Darstellung eines in dem Druckzylinder nach 1 eingesetzten Gehäuses, wobei insbesondere ein einen ersten Endbereich eines Faltenbalgs aufnehmender und mit einer labyrinthartigen Rillenstruktur versehener Außenumfangsflächenbereich veranschaulicht ist,
- 3 eine Detaildarstellung der Rillenstruktur an dem Außenumfangsflächenbereich des Gehäuses nach 2,
- 4 eine Detaildarstellung der Rillenstruktur, ähnlich zu 3, wobei nun ein im Betrieb auftretender Strömungsverlauf eines ein- bzw. austretenden Luftvolumens eingezeichnet ist,
- 5 eine perspektivische Darstellung eines Gehäuses, wie es in einem erfindungsgemäßen Druckzylinder nach einem zweiten Ausführungsbeispiel eingesetzt ist, wobei die labyrinthartige Rillenstruktur an dem Außenumfangsflächenbereich wiederum gut erkennbar ist und diese Rillenstruktur zusätzlich mit einem Reservoir versehen ist,
- 6 eine Detaildarstellung der Rillenstruktur an dem Außenumfangsflächenbereich des Gehäuses nach 5,
- 7 eine Detaildarstellung der Rillenstruktur, ähnlich zu 6, wobei der im Betrieb auftretende Strömungsverlauf des ein- bzw. austretenden Luftvolumens eingezeichnet ist, und
- 8 eine Längsschnittdarstellung eines Abschnittes des Druckzylinders des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei die Schnittebene entlang eines jeweils zur Umgebung zu dem Innenraum hin geöffneten ersten und zweiten Öffnungsbereiches der Rillenstruktur umgesetzt ist.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele frei miteinander kombiniert werden.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Druckzylinder 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich seines Aufbaus gut erkennbar. Der Aufbau dieses Druckzylinders 1 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, soweit nicht anders nachfolgend beschrieben, dem Aufbau des Druckzylinders 1 des zweiten Ausführungsbeispiels nach den 5 bis 8. Der Druckzylinder 1 ist als ein Geberzylinder ausgebildet, kann jedoch prinzipiell auch als Nehmerzylinder ausgeführt sein. Der Druckzylinder 1 ist als ein hydraulischer Druckzylinder 1 ausgebildet. Der Druckzylinder 1 ist in seinem Betriebszustand / im Betrieb Bestandteil eines Kupplungsbetätigungssystems einer Kupplung / eines Kupplungssystems eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs. Es sei zudem darauf hingewiesen, dass der Druckzylinder 1 auch prinzipiell in anderen Bereichen des Kraftfahrzeuges einsetzbar ist.
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Wie in 1 erkennbar, weist der Druckzylinder 1 ein Gehäuse 2 auf. Innerhalb dieses Gehäuses 2 ist ein Kolben axial verschiebbar aufgenommen. Das Gehäuse 2 ist hier mehrteilig ausgebildet und besitzt einen Grundkörper an dem ein Schweißring angeschweißt ist. Dieser Schweißring ist auf der Seite einer Kolbenstange 3 am Grundkörper vorhanden, wobei die Kolbenstange 3 an dem Kolben mittels eines Kugelgelenks angebracht ist.
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Der Kolben ist zwischen einer maximal ausgefahrenen Stellung und einer maximal eingefahrenen Stellung relativ zu dem Gehäuse 2 verschiebbar. In Abhängigkeit der Stellung / Verschiebestellung des Kolbens ist ein hydraulischer Druck in einer zwischen dem Kolben und dem Gehäuse 2 ausgebildeten Druckkammer eingestellt, wobei der Kolben zum Erzeugen des Druckes eingesetzt ist (Geberzylinder) oder der Druck den Kolben aktiv verschiebt (Nehmerzylinder).
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Ein bestimmter Längsbereich 4 der Kolbenstange 3 ragt stets, d.h. in jeglicher Zwischenverschiebestellung zwischen der maximal eingefahrenen Stellung und der maximal ausgefahrenen Stellung aus dem Gehäuse 2 hinaus. Zur schmutzdichten, d.h. staubdichten und flüssigkeitsdichten Abdichtung des aus dem Gehäuse 2 hinausragenden Längsbereichs 4 der Kolbenstange 3 hin zu einer Umgebung 11 des Druckzylinders 1 ist ein Faltenbalg 5 von außen über dem Längsbereich 4 angeordnet. Der Faltenbalg 5 überdeckt den Längsbereich 4 der Kolbenstange 3 somit radial von außen. Der Faltenbalg 5 ist axial zwischen der Kolbenstange 3 und dem Gehäuse 2 eingespannt. Hierzu weist der Faltenbalg 5 einen ersten Endbereich 6 auf, der einen (ersten) Sitzbereich ausbildet und fest an dem Gehäuse 2 anliegt. Der erste Endbereich 6 liegt fest / verschiebefest an einem Außenumfangsflächenbereich 7 des Gehäuses 2 an. Mit einem, in axialer Richtung der Kolbenstange 3 beabstandet zu dem ersten Endbereich 6 angeordneten, zweiten Endbereich 8, welcher zweite Endbereich 8 wiederum einen (zweiten) Sitzbereich ausbildet, liegt der Faltenbalg 5 radial von außen verschiebefest an einem kolbenfesten Bereich der Kolbenstange 3 an. Vorzugsweise liegt der zweite Endbereich 8 an einem Aufnahmeringbereich, der fest mit der Kolbenstange 3 weiter verbunden ist, an. Zwischen den beiden Endbereichen 6 und 8 erstreckt sich der Faltenbalg 5 auf typische Weise mit einer Faltenbalgstruktur, die in axialer Richtung zusammenstauchbar und wieder auseinanderziehbar ist.
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Um einen Luftdruckausgleich zwischen einem durch den Faltenbalg 5 umschlossenen Innenraum 10 und der Umgebung 11 des Druckzylinders 1 zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß eine Luftdruckausgleichseinrichtung vorhanden, die als labyrinthartige / labyrinthförmige Rillenstruktur 9 in / an dem Gehäuse 2 vorgesehen ist. Die Rillenstruktur 9 bildet einen Kanal / eine Schmutzbarriere aus. Die Rillenstruktur 9 ist auf der Außenoberfläche des Schweißringabschnitts des Gehäuses 2 vorhanden.
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Wie in den 2 und 3 zu erkennen, bildet das Gehäuse 2 / ein Hülsenbestandteil des Gehäuses 2 unmittelbar den Außenumfangsflächenbereich 7 aus, wobei der Außenumfangsflächenbereich 7 als Auflagefläche zur form- und kraftschlüssigen Aufnahme des ersten Endbereichs 6 dient. Dieser Außenumfangsflächenbereich 7 erstreckt sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung ringförmig. In diesem Außenumfangsflächenbereich 7 ist die Rillenstruktur 9 unmittelbar vorgesehen / eingebracht. Die Rillenstruktur 9 ist prinzipiell derart ausgestaltet sowie auf dem ersten Endbereich 6 im montierten Zustand nach 1 abgestimmt, dass bei einem Verschieben des Kolbens ein Luftdruckausgleich zwischen dem Innenraum 10 und der Umgebung 11 stattfindet. Die Rillenstruktur 9 bildet somit eine die Umgebung mit dem Innenraum 10 verbindende Luftdurchlasspassage.
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Wie ebenfalls in den 2 und 3 erkennbar, weist die Rillenstruktur 9 eine im Wesentlichen mäanderförmige Erstreckung auf. Die Rillenstruktur 9 ist als eine mäanderförmige Aussparung ausgebildet, die vorzugsweise gußtechnisch hergestellt ist. Die Rillenstruktur 9 verläuft durchgängig von ihrem zur Umgebung 11 hin geöffneten ersten Öffnungsbereich 14 über einen U-förmigen Zwischenbereich 12 zu ihrem zum Innenraum 10 hin geöffneten zweiten Öffnungsbereich 15. Der erste Öffnungsbereich 14 mündet somit an einer ersten axialen Seite 16 zur Umgebung 11. Der zweite Öffnungsbereich 15 mündet somit an einer, der ersten axialen Seite 16 abgewandten, zweiten axialen Seite 17 des ersten Endbereichs 6 zum Innenraum 10.
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Wie in 4 erkennbar, wird durch die Rillenstruktur 9 im Betrieb ein entsprechender Luftausgleich durch den eingezeichneten Strömungsweg 18 umgesetzt. Bei einem Einfahren des Kolbens strömt Luft von dem Innenraum 10 zur Umgebung 11 hin seitens des ersten Öffnungsbereiches 14 aus; bei einem Ausfahren des Kolbens strömt Luft von der Umgebung 11 in den Innenraum 10 seitens des zweiten Öffnungsbereichs 15 hinein.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist die Rillenstruktur 9 über ihre gesamte mäanderförmige Erstreckung hinweg eine gleichbleibende Dicke, d.h. eine Breite in Längsrichtung, auf. Der Zwischenbereich 12 erstreckt sich von den in axialer Richtung gerade verlaufenden Öffnungsbereichen 14 und 15 im Wesentlichen um 90° / senkrecht weg.
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Mit den 5 bis 8 ist dann ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel veranschaulicht, wobei das zweite Ausführungsbeispiel hinsichtlich Funktion und Aufbau dem ersten Ausführungsbeispiel prinzipiell entspricht. Es werden daher der Kürze wegen nachfolgend lediglich die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Wie in den 6 und 7 erkennbar, ist in dem Zwischenbereich 12, nämlich einem in Umfangsrichtung von den beiden Öffnungsbereichen 14 und 15 abgewandten Ende des Zwischenbereichs 12, ein verbreiterter Wendeabschnitt 13 vorgesehen. Dieser Wendeabschnitt 13 bildet ein Reservoir 13 aus. Durch die Erweiterung der Rillenstruktur 9 in dem Wendeabschnitt 13 bildet sich das Reservoir derart aus, dass darin im Betrieb Wasser- und/oder Staubpartikel angesammelt werden und diese daran gehindert werden, in den Innenraum 10 einzutreten.
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In 8 ist des Weiteren der prinzipiell ausgebildete Sitz des ersten Endbereichs 6 auf dem Außenumfangsflächenbereich 7 veranschaulicht. Die in 8 in Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel erkennbare Ausbildung des Faltenbalges 5 und des Gehäuses 2 entspricht wiederum dem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei ist erkennbar, dass der erste Endbereich 6 einerseits einen im Bereich des Zwischenbereichs 12 eben aufliegenden zylindrischen ersten Auflagebereich 19 und einen versetzt hin zu dem ersten Öffnungsbereich 14 angeordneten zweiten Auflagebereich 20 aufweist, welcher zweite Auflagebereich 20 eine kragenförmige Erhebung, zur zusätzlichen formschlüssigen Sicherung des ersten Endbereichs 6 an dem Gehäuse 2, ausbildet. Die Rillenstruktur 9 ist stets so ausgebildet, dass sie jeglichen Bereich des ersten Endbereichs 6 unterläuft.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein Labyrinth-Design (Rillenstruktur 9) an einem Körper (Gehäuse 2) eines Geber- oder Nehmerzylinders umgesetzt. Die Rillenstruktur 9 kann als Nut ausgebildet werden, ist jedoch bevorzugt direkt im Urformvorgang eingegossen und somit als eine Aussparung / Ausnehmung, die urformtechnisch hergestellt ist, ausgebildet. Die Rillenstruktur 9 dient an ihren beiden Enden (Endbereiche 6, 8) zum Luftauslass. Das Labyrinth 9 ist durch einen entsprechenden Halteschuh (erster Endbereich 6) des Faltenbalges 5, der in Umfangsrichtung um den Körper 2 hinweg zylindrisch ausgebildet ist, bedeckt. Dadurch wird ein Kanal zum Durchfluss von Luft gebildet, der einen gezielten Auslass aufgrund der Labyrinthstruktur 9 bildet. Die Rillenstruktur 9 fängt Schmutz auf und vermeidet zudem, dass Wasser, bspw. durch Kondensation und Kapillarkräfte verursacht, in den Innenraum 10 des Geber- oder Nehmerzylinders 1 eintritt.
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Somit ist der Körper 2 des Geber- oder Nehmerzylinders 1 so ausgebildet, dass er an seiner Oberfläche ein Labyrinth-Design 9 aufweist, das unmittelbar durch Urformung, wie Gießen, ausgebildet ist. Die labyrinthartige Form bildet einen gezielt ausgebildeten Kanal zum Luftaustausch aus. Dieser Bereich ist durch den Schuh, der die Oberseite der Struktur abdichtet, bedeckt. Wenn der Bedarf besteht, Luft innerhalb des Faltenbalges 5 zu kompensieren, strömt Luft durch die Rillenstruktur 9 hindurch in das Innere 10. Dabei wird Schmutz daran gehindert, in das Innere 10 einzudringen, sodass vermieden wird, dass der Schmutz sich in einem Bodenbereich des Faltenbalges 5 absetzt. Zudem wird der Wassereintritt durch die siphonartige Struktur 9 vermieden. Der Vorteil der Rillenstruktur 9 ist es, wenn doch Staub oder Wasser eintreten sollte, dass dieser Schmutz einen möglichst langen Weg zurückzulegen hat und dadurch das Risiko, durch den Siphon hindurch zu gelangen, reduziert wird, sodass möglichst wenig Schmutzvolumen in den Innenraum 10 eindringt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckzylinder
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kolbenstange
- 4
- Längsbereich
- 5
- Faltenbalg
- 6
- erster Endbereich
- 7
- Außenumfangsflächenbereich
- 8
- zweiter Endbereich
- 9
- Rillenstruktur
- 10
- Innenraum
- 11
- Umgebung
- 12
- Zwischenbereich
- 13
- Wendeabschnitt / Reservoir
- 14
- erster Öffnungsbereich
- 15
- zweiter Öffnungsbereich
- 16
- erste axiale Seite
- 17
- zweite axiale Seite
- 18
- Strömungsweg
- 19
- erster Auflagebereich
- 20
- zweiter Auflagebereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012212059 A1 [0005]
