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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung für ein hydraulisches Kupplungssystem. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein hydraulisches Kupplungssystem, welches eine derartige Kolben-Zylinder-Anordnung aufweist.
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Bei hydraulischen Kupplungssystemen ist es bekannt, dass diese einen Kupplungsgeberzylinder aufweisen, der durch eine Kolbenstange angesteuert wird und so Hydraulikfluid aus einem Reservoir zu einem Kupplungsnehmerzylinder fördert oder umgekehrt von dem Kupplungsnehmerzylinder in das Reservoir.
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In Abhängigkeit der verwendeten Materialien kann es bei der Betätigung von entsprechenden Kolben-Zylinder-Anordnungen zu Störgeräuschen können, welche den Komfort des Betreibens derartiger Kolben-Zylinder-Anordnungen beziehungsweise hiermit ausgestatteter Kupplungssystemen herabsetzen kann.
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DE 102 05 177 A1 beschreibt beispielsweise ein hydraulisches System mit einem Geberzylinder und einem Nehmerzylinder sowie eine mit Druckmittel befüllte Leitung zwischen diesen insbesondere für eine Kupplungsausrückvorrichtung in einem Kraftfahrzeug. Der Geberzylinder und der Nehmerzylinder umfassen jeweils eine in dem jeweiligen Zylinder axial verlagerbaren Kolben, wobei der Geberzylinder mittels einer Betätigungsvorrichtung Druck aufbaut und damit über eine mit Druckmittel befüllte Leitung den Nehmerzylinder beaufschlagt, wobei zumindest einer der Kolben mittels eines Formgebungsverfahrens aus Duroplast hergestellt ist.
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DE 10 2014 222 992 A1 beschreibt eine Kolbenanordnung, aufweisend einen in einem Zylinderraum beweglich führbaren Kolben und eine metallische Kolbenstange zum Übertragen einer Bewegung auf den Kolben oder zum Empfangen einer Bewegung von dem Kolben, wobei die Kolbenstange eine Kontaktfläche zum Kontaktieren einer Kontaktfläche des Kolbens aufweist. Dabei ist es vorgesehen, dass wenigstens eine der Kontaktfläche des Kolbens und der Kontaktfläche der Kolbenstange mit einer geräuschhemmenden oder mit einer verschleißhemmenden Beschichtung versehen ist. Die Beschichtung kann einen Kunststoff, wie beispielsweise thermoplastische Materialien, etwa Polyethylen oder Polypropylen, oder einen duroplastischen Kunststoff, etwa ein Epoxidharz, oder auch amorphen Kohlenstoff aufweisen.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen können jedoch noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich einer einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung der Kolben-Zylinder-Anordnung bei gleichzeitig geräuscharmem Betrieb.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche auf kostengünstige und/oder einfache Weise eine Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildet werden kann, welche sich durch einen geräuscharmen Betrieb auszeichnet.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung erfolgt erfindungsgemäß ferner durch ein hydraulisches Kupplungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
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Es wird vorgeschlagen eine Kolben-Zylinder-Anordnung für ein hydraulisches Kupplungssystem, aufweisend einen Zylinder und einen in dem Zylinder axial verfahrbar positionierten Kolben, wobei zwischen dem Kolben und dem Zylinder wenigstens eine Dichtung zum Abdichten eines Zwischenraums zwischen dem Kolben und dem Zylinder vorgesehen ist, wobei die wenigstens eine Dichtung an einem von dem Kolben und dem Zylinder fixiert ist und beweglich an dem korrespondierenden Gegenelement ausgewählt aus Zylinder und Kolben an einer Anlagefläche anliegt, wobei die Anlagefläche des Kolbens oder des Zylinders aus einem Material geformt ist, welches ein thermoplastisches Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweist.
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Eine vorbeschriebene Kolben-Zylinder-Anordnung erlaubt es insbesondere, eine Lösung bereitzustellen, durch welche insbesondere auf kostengünstige und einfache Weise eine Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildet werden kann, welche sich durch einen geräuscharmen Betrieb auszeichnet.
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Die Kolben-Zylinder-Anordnung dient insbesondere einem Einsatz in einem hydraulischen Kupplungssystem und dabei insbesondere in einem hydraulischen Kupplungssystem eines Kraftfahrzeugs. Grundsätzlich kann die Kolben-Zylinder-Anordnung jegliche Einheit insbesondere eines hydraulischen Kupplungssystems sein, bei der ein Kolben in einem Zylinder verfahrbar positioniert ist. Entsprechend umfasst die Kolben-Zylinder-Anordnung einen Zylinder und einen in dem Zylinder axial verfahrbar positionierten, Kolben. Insbesondere dient die Kolben-Zylinder-Anordnung dem Fördern von Hydraulikfluid, um so eine Kupplung zu betätigen.
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Um die gewünschte Funktionalität des hydraulischen Systems zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass zwischen dem Kolben und dem Zylinder eine Dichtung zum Abdichten eines Zwischenraums zwischen dem Kolben und dem Zylinder vorgesehen ist. Dadurch kann ein gewünschtes Fördern des Hydraulikfluids sichergestellt werden, indem in an sich bekannter Weise der Kolben in dem Zylinder axial verlagert wird. Die Dichtung ist entweder an dem Zylinder beziehungsweise der Zylinderinnenwand fixiert und gleitet bei einer axialen Bewegung des Kolbens an dem korrespondierenden Kolben beziehungsweise der Kolbenaußenwand entlang oder die Dichtung ist an dem Kolben beziehungsweise der Kolbenaußenwand fixiert und gleitet bei einer axialen Bewegung des Kolbens an dem korrespondierenden Zylinder beziehungsweise der Zylinderinnenwand entlang. Um dies zu ermöglichen ist es vorgesehen, dass die Dichtung an einem von dem Kolben und dem Zylinder fixiert ist und beweglich an dem korrespondierenden Gegenelement ausgewählt aus Zylinder und Kolben an einer Anlagefläche anliegt.
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Insbesondere bei derartigen Ausgestaltungen können gegebenenfalls Störgeräusche auftreten, welche den Komfort bei dem Betreiben einer derartigen Kolben-Zylinder-Anordnung herabsetzen können.
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Um dies bei einer hier beschriebenen Kolben-Zylinder-Anordnung zu verhindern oder zumindest deutlich zu reduzieren, ist es vorgesehen, dass die Anlagefläche des Kolbens oder des Zylinders aus einem Material geformt ist, welches ein thermoplastisches Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweist. In anderen Worte ist die Fläche, an welcher die Dichtung bei einer Bewegung des Kolbens entlanggleitet, also die entsprechende Fläche des Kolbens beziehungsweise der Kolbenaußenwand oder des Zylinders beziehungsweise der Zylinderinnenwand, aus einem Material geformt, welches ein thermoplastisches Polytetrafluorethylen aufweist.
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Insbesondere durch diese Ausgestaltung können gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik signifikante Vorteile erzielt werden.
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Heutzutage und auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden besonders bevorzugt Dichtungen aus Elastomeren eingesetzt, wobei aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) geformte Dichtungen insbesondere bei den hydraulischen Kupplungssystemen auftretenden Bedingungen sehr gute Dichteffekte und Langlebigkeiten ermöglichen können. Ferner werden heutzutage meist Kolben aus einem Duroplast, wie etwa aus dem mit dem Handelsnamen Vyncolit X680 bezeichneten Duroplast, eingesetzt. Mit dem Duroplast soll aktuell sichergestellt werden, dass bei der Relativbewegung zwischen Dichtungen, wie etwa Primär- und Sekundärdichtung, und Kolben für das nicht beschränkende Beispiel von stehenden Dichtungen, also an dem Zylinder befestigten Dichtungen, keine störenden Geräusche entstehen. In anderen Worten sollen unter Verwendung eines Duroplasten keine Betätigungsgeräusche hörbar sein.
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Diesbezüglich konnte gefunden werden, dass die durch die relative Bewegung in der Kontaktstelle zwischen dem Dichtmaterial und einer Anlagefläche bedingte, geschwindigkeitsabhängige Reibung die Ursache für die reiberregten Schwingungen zwischen den Reibpartnern sind. Die entstehenden Schwingungen führen dann zu hörbaren Geräuschen.
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Derartige Geräusche können bei einer Kolben-Zylinder-Anordnung wie hier beschrieben jedoch gerade durch das Vorsehen eines thermoplastischen Polytetrafluorethylens als Material der Anlagefläche verhindert werden. Denn durch das Vorsehen einer derartigen Anlagefläche kann ein besonders ruhiger Lauf der Dichtung, die insbesondere aus EPDM geformt ist, ermöglicht werden, so dass reiberregte Schwingungen und dadurch erzielte Geräusche signifikant reduziert werden können. Somit kann etwa mit EPDM als Reibpartner eine gleiche beziehungsweise ähnlich niedrige Geräuschentwicklung erzielt werden wie beim Einsatz des Duroplasten, ohne jedoch dessen Nachteile teilen zu müssen, wie nachfolgend beschrieben.
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Außerdem kann eine Anlagefläche aus einem Material, welches Polytetrafluorethylen aufweist, die für den Anwendungsfall benötigte thermische und mechanische Stabilität sowie eine ausreichende Medienverträglichkeit erlauben. Dies ermöglicht eine besonders hohe Langzeitstabilität, was die Verlässlichkeit derartiger Systeme hoch gestalten kann und Service reduzieren kann. Weiterhin können gegebenenfalls weitere Eigenschaften, die für den Anwendungsfall erforderlich sind, ermöglicht werden.
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Neben diesen genannten Vorteilen einer Anlagefläche aus einem Material, das thermoplastisches Polytetrafluorethylen aufweist, bieten sich bei der hier beschriebenen Kolben-Zylinder-Anordnung ferner herstellungstechnische beziehungsweise verarbeitungstechnische Vorteile.
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Denn da bei der hier beschriebenen Kolben-Zylinder-Anordnung auf das Vorsehen eines Kolbens, der aus einem duroplastischen Material geformt ist, verzichtet werden kann, können ebenfalls die Nachteile überwunden werden, welche mit der Herstellung beziehungsweise Verarbeitung von duroplastischen Materialien einhergehen. Beispielsweise haben duroplastische Materialien Nachteile in vergleichsweise langen Zykluszeiten oder in einer notwendigen aufwendigen Nachbearbeitung.
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Gegenüber den Lösungen, welche auf der Verwendung eines Kolbens aus einem duroplastischen Material basieren, haben hier beschriebene Kolben-Zylinder-Anordnungen dadurch den Vorteil, dass die Herstellung durch den Verzicht auf derartige aufwändige Prozesse vereinfacht werden kann. Durch die Verwendung eines thermoplastischen Materials können einfache und unkomplizierte Herstellungsschritte verwendet werden, welche etwa keiner Nachbearbeitung bedürfen und dadurch in wenigen Schritten das entsprechende Bauteil formen können. Beispielsweise sei hier der Spritzguss von thermoplastischen Materialien oder das Aufbringen von Beschichtungen aus thermoplastischen Materialien genannt, die prozesstechnisch ausgereift und einfach implementierbar und umsetzbar sind.
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Mit Bezug auf thermoplastisches Polytetrafluorethylen kann dabei in an sich bekannter Weise insbesondere ein solches verstanden werden, welches unter dem Einfluss von Temperatur formbar wird und anschließend bei einem Abkühlen wieder erhärtet und dabei in hartem Zustand eine hohe Stabilität aufweist. In anderen Worten ist ein thermoplastisches Polytetrafluorethylen schmelzverarbeitbar.
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Beispielsweise kann als ein derartiges thermoplastisches Polytetrafluorethylen der unter der Bezeichnung „Moldflon“ vertriebene Werkstoff der Firma ElringKlinger verwendet werden. Ein derartiger Werkstoff beziehungsweise ein derartiges Material kann etwa chemisch modifiziert sein, indem in seiner Polymerkette ein als Modifier bezeichneten Zusatzstoff eingearbeitet ist und dabei gegenüber dem Standard-PTFE verbesserte Eigenschaften aufweisen kann. Beispielsweise kann wie vorstehend erwähnt thermoplastisches Polytetrafluorethylen im Gegensatz zum herkömmlichen etwa modifiziertem PTFE aus der Schmelze verarbeitbar sein.
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Somit bestehen signifikante verarbeitungstechnische Vorteile gegenüber herkömmlichem PTFE, da aufgrund des sehr hohen Molekulargewichts die Schmelzviskosität von diesem so hoch ist, dass es sich bisher nicht thermoplastisch verarbeiten ließ. PTFE-Bauteile werden daher bislang mit speziellen Press- und Sintertechniken hergestellt, wobei die Bauteile anschließend etwa durch Zerspanung ihre Geometrie erhalten.
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Demgegenüber bietet thermoplastisches PTFE wirtschaftliche Vorteile, etwa durch das Entfallen von Nachbearbeitungsschritten, die sich insbesondere in der Großserien-Fertigung bemerkbar machen. So ermöglicht thermoplastisches PTFE, beispielsweise der Werkstoff „Moldflon“ Bauteile-Geometrien, wie sie durch Zerspanung bisher nur sehr schwer oder überhaupt nicht realisiert werden können. Diese Eigenschaft ermöglicht es, thermoplastisches Polytetrafluorethylen in einem Material, welches die Anlagefläche ausbildet, umsetzen zu können etwa mittels Spritzguss.
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Schließlich kann es möglich werden, dass thermoplastisches Polytetrafluorethylen auch bei hohen Temperaturen ein ausgezeichnetes Gleitreibverhalten bei guter Verschleißfestigkeit aufweist, wobei diese Parameter gegebenenfalls sogar besser sein können, als bei herkömmlichem Polytetrafluorethylen. Ferner weist thermoplastisches Polytetrafluorethylen einen extrem geringen Reibungskoeffizienten auf. Da Haft- und Gleitreibung bei PTFE gleich groß sind, verläuft der Übergang von Stillstand zu Bewegung ohne Ruck, sodass sich kein Stick-Slip-Effekt beziehungsweise Haftgleiteffekt ergibt. Das zeigt weiter die vorteilhafte Eignung von thermoplastischem Polytetrafluorethylen für eine Anlagefläche einer Dichtung in der hier beschriebenen Kolben-Zylinder-Anordnung.
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Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf das Verwenden von „Moldflon“ als Werkstoff beschränkt, sondern es kann jegliches thermoplastische Polytetrafluorethylen verwendet werden. Grundsätzlich ist bei diesen Werkstoffen in für den Fachmann bekannter Weise die Polymerstruktur derart angepasst, um die Schmelzviskosität zu reduzieren. Die Struktur dieser insbesondere teilkristallinen Werkstoffe setzt sich beispielsweise aus insbesondere lamellenartigen Kristalliten und dazwischen liegenden amorphen Zonen zusammen. Eine thermoplastische Verarbeitbarkeit ermöglicht so eine Verarbeitung etwa mittels Spritzgießen und Extrusion, aber auch durch Tiefziehen, Blasformen oder Schmelzspinnen, ohne hierauf beschränkt zu sein. Diese Verarbeitung hat signifikante Vorteile etwa gegenüber einer Verarbeitung von duroplastischen Materialien, wie vorstehend beschrieben.
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Weitere Vorteile von Moldflon oder anderem thermoplastischen Polytetrafluorethylen können etwa darin gesehen werden, dass mit einer Schmelztemperatur von ca. 320°C und einer Dauergebrauchstemperatur von ca. 260°C ohne Probleme im Bereich etwa eines Kupplungsgeberzylinders gearbeitet werden kann. Aufgrund der sehr guten Temperaturbeständigkeit kann es sogar im Nehmerzylinder, wie etwa einem als CSC (Concentric Slave Cylinder) ausgestalteten Nehmerzylinder, also in der Kupplungsglocke eingesetzt werden, wo üblicherweise wesentlich höhere Temperaturen vorherrschen als im Bereich des Geberzylinders.
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Darüber hinaus kann im Vergleich zu anderen thermoplastischen Kunststoffen eine nur sehr geringe Wasseraufnahme von beispielhaft <0,01 Gew.-% beobachtet werden, was den Vorteil bietet, dass der Werkstoff eine hohe Dimensionsstabilität aufweist.
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Schließlich können durch die Verwendung von thermoplastischen Materialien kleinste Bauteile um- oder angespritzt werden, wodurch zusätzliche kostspielige Montageprozesse oder Nachbearbeitungsschritte entfallen.
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Ferner zeigt Polytetrafluorethylen gegenüber nahezu allen in der entsprechenden Anwendung verwendeten Chemikalien eine gute Beständigkeit. Die Verwendung von Bremsflüssigkeiten, die im vorliegenden Fall beispielhaft als Hydraulikfluid eingesetzt werden können, ist somit unbedenklich bezüglich der Medienverträglichkeit des Materials der Anlagefläche.
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Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Dichtung an dem Zylinder fixiert ist und die Anlagefläche Bestandteil des Kolbens ist. Diese Ausgestaltung kann auch als sogenannte stehende Dichtung bezeichnet werden. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann die vorliegende Erfindung von Vorteil sein. Denn gerade bei einer stehenden Dichtung oder bei mehreren stehenden Dichtungen wird der Kolben oftmals aus duroplastischen Materialien geformt, um ein geeignetes Reibverhalten zu den Dichtungen zu ermöglichen. Somit kann insbesondere in dieser Ausgestaltung der duroplastische Kolben ersetzt werden, was die vorbeschriebenen Vorteile ermöglichen kann.
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Beispielsweise in dieser Ausgestaltung aber nicht beschränkt hierauf kann die Kolben-Zylinder-Anordnung ein Kupplungsgeberzylinder oder ein Kupplungsnehmerzylinder eines hydraulischen Kupplungssystems sein.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass eine Dichtung vorgesehen ist oder dass eine Mehrzahl an Dichtungen vorgesehen ist, etwa in einem Kupplungsgeberzylinder. Dabei kann etwa eine Dichtung eine sogenannte Primärdichtung sein, welche einen Druckaufbau in Richtung eines mit dem Kupplungsgeberzylinder verbundenen Kupplungsnehmerzylinders sein kann und kann eine zweite Dichtung eine sogenannte Sekundärdichtung sein, welche das Hydraulikfluid im Nachlaufbereich drucklos hält durch eine Abdichtung zur Atmosphäre hin.
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Es kann ferner bevorzugt sein, dass die Anlagefläche Teil einer Schicht ist, die an einem Grundkörper insbesondere des Kolbens oder auch des Zylinders angeordnet ist. Insbesondere, wenn die Anlagefläche Teil einer Schicht ist, die an einem Grundkörper des Kolbens angeordnet ist, kann es vorgesehen sein, dass die Schicht den Grundkörper teilweise, etwa vollständig umschließt. Die Schicht kann den Grundkörper beispielsweise vollständig einhausen oder zumindest am Umfang vorgesehen sein, an dem der Kolben beziehungsweise die Anlagefläche mit der Dichtung in Kontakt kommt.
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In dieser Ausgestaltung kann es ermöglicht werden, dass der Kern beziehungsweise der Grundkörper und die Schicht aus unterschiedlichem Materialien geformt sind, was eine individuelle Anpassbarkeit der Materialien an die gewünschten Eigenschaften ermöglicht kann.
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Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass der Grundkörper aus einem thermoplastischen Kunststoff geformt ist.
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Somit kann es insbesondere in dieser Ausgestaltung beispielsweise ermöglicht werden, dass ein aus dem Stand der Technik bekannter aus einem duroplastischen Material geformter Kolben durch einen derartigen Kolben ersetzt wird, der vollständig aus einem nicht-duroplastischen Material geformt ist. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass der Grundkörper des Kolbens oder des Zylinders ein thermoplastisches Standardmaterial beziehungsweise einen technischen Thermoplasten aufweist oder daraus besteht. Beispiele für derartige thermoplastische Materialien, aus welchen der Grundkörper geformt sein kann, umfassen etwa Polyamid (PA) oder Polyphthalamid (PPA) oder eine Mischung hieraus. Dabei kann das Material des Grundkörpers aber auch der Schicht aufweisend die Anlagefläche faserverstärkt sein, etwa mittels Kohlefasern oder Glasfasern.
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Dadurch kann auch der Grundkörper durch die vorgenannten Herstellungsschritte geformt werden, was die Herstellung des Kolbens oder des Zylinders signifikant vereinfachen kann.
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Insbesondere, wenn der Grundkörper etwa aus einem thermoplastischen Material geformt ist, ist der Grundkörper etwa verglichen zu duroplastischen Materialien leichter zu handhaben. Dadurch kann der Grundkörper und somit etwa der Kolben oder der Zylinder günstiger in der Herstellung sein, wenn der Grundkörper etwa aus einem thermoplastischen Material und unter Verzicht auf duroplastische Materialen hergestellt sein, wobei die Kostengünstigkeit insbesondere in der Verarbeitbarkeit bedingt sein kann. Geeignet ist somit insbesondere also der Einsatz eines thermoplastischen Kunststoffes, wie etwa PA oder PPA oder eine Kombination verschiedener thermoplastischer Kunststoffe, wobei die Anschaffungskosten dieses Werkstoffs beziehungsweise dieser Werkstoffe ähnlich oder sogar besser als die beim Duroplasten liegen können und die Herstellungskosten gegenüber dem Kolben aus Duroplast gesenkt werden können.
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Das Material des Grundkörpers, etwa ein wie vorstehend ausgebildetes thermoplastisches Material, kann dabei beispielsweise für die nötige mechanische Stabilität des Bauteils sorgen, wobei die Schicht mit der Anlagefläche darüber hinaus wie vorstehend beschrieben Geräusche vermindern bzw. verhindern soll. Durch die zuvor beschriebene Ausgestaltung der Anlagefläche können die Geräusche umgangen werden, so dass die Vorteile eines thermoplastischen Materials ohne deren Nachteile ermöglicht werden können.
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Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass die Schicht als Hülse ausgebildet ist. Somit ist der Grundkörper von der Hülse zumindest zum Teil, beispielsweise vollständig umgeben. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann die Kolben-Zylinder-Anordnung vorteilhaft sein, da sich geringe Herstellungskosten mit einer hohen Stabilität und Langlebigkeit auf besonders effektive Weise vereinigt werden.
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In dieser Ausgestaltung kann die Schicht beziehungsweise die Hülse, welche die Anlagefläche aufweist, vorgefertigt werden, was eine besonders anpassbare Verbindung zu einem wählbaren Grundkörper ermöglichen kann. Dabei kann die Hülse an dem Grundkörper in einer grundsätzlich wählbaren Form fixiert sein. Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass die Hülse mittels Formschluss an dem Grundkörper fixiert ist. Beispielsweise kann der Formschluss mittels einer Schnappverbindung beziehungsweise Clipsverbindung ermöglicht werden. Derartige Verbindungen können eine dauerhafte Stabilität ermöglichen und ferner einfach auszubilden sein. Schließlich können derartige Verbindungen gegebenenfalls lösbar sein. Dadurch kann selbst bei einer Beschädigung oder Abnutzung der Anlagefläche diese auf einfache Weise erneuert werden, wodurch der Grundkörper weiter verwendet werden kann.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Schicht als eine auf einem Grundkörper des Kolbens oder des Zylinders aufgebrachte Beschichtung ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung kann eine besonders einfache Aufbringbarkeit der Schicht ermöglicht werden. Denn Beschichtungsvorgänge können auf vielfältige Weise durchgeführt werden und sind dabei einfach und kostengünstig durchführbar.
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Beispielsweise, wenn der Grundkörper aus einem thermoplastischen Material geformt ist, kann die Schicht beziehungsweise die Beschichtung auf den Grundkörper durch einen Spritzgussvorgang erzeugt werden. In anderen Worten kann der Grundkörper durch das Material der Schicht beziehungsweise der Beschichtung umspritzt werden. Diesbezüglich kann insbesondere ein Zweikomponenten-Spritzguss (2K) zum Einsatz kommen.
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Die Schicht, wie etwa die Beschichtung, kann beispielsweise aus thermoplastischem Polyethylentrephtalat bestehen oder beispielsweise neben dem thermoplastischen Polyterephtalat Verstärkungsfasern, wie etwa Glasfasern oder Kohlefasern als Verstärkungsfasern oder andere Komponenten aufweisen.
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Beispielsweise kann die Schicht beziehungsweise die Beschichtung ferner das mit dem Produktnamen XYLAN 1290/F1230 LAMP BLACK der Firma Whitford vertriebene Material sein. Hierbei handelt es sich um eine kunstharzgebundene Trockenschmiermittel-Beschichtung mit einem hohen PTFE-Anteil. Dieses Material ermöglicht eine geringe Reibung zum Abnutzungsverhältnis. Der Auftrag ist etwa im Sprayverfahren, gegebenenfalls nach Reinigung beziehungsweise Entfettung der etwa aus PA und/oder PPA aufweisenden Oberflächen des Grundkörpers möglich.
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Grundsätzlich kann somit beispielsweise neben einer Beschichtung aus reinem oder faserverstärktem PTFE eine Beschichtung verwendet werden die neben Polytetrafluorethylen ein Kunstharz aufweist.
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Die vorgenannten Beschichtungen erlauben wie vorstehend beschrieben einen besonders geräuscharmen Betrieb durch einen sehr geringen Stick-Slip-Effekt. Ferner weisen derartige Beschichtungen eine hohe Temperaturbeständigkeit auf, was deren Einsatz im Geberzylinder als auch im Nehmerzylinder ohne Probleme ermöglicht. Außerdem weisen diese eine hohe chemische Beständigkeit auf, was den bedenkenlosen Kontakt mit Bremsflüssigkeit und anderen Medien, wie etwa Mineralöl, Schmierfetten oder anderen ermöglicht.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Kolben oder der Zylinder vollständig aus einem Material besteht, das thermoplastisches Polytetrafluorethylen aufweist, beispielsweise daraus besteht. Dabei wird insbesondere auf den Kolben oder Zylinder Bezug genommen, der die Anlagefläche aufweist. In dieser Ausgestaltung ist somit nicht nur das Material der Anlagefläche aus einem Material geformt, welches thermoplastisches Polytetrafluorethylen aufweist, sondern vorzugsweise der gesamte Kolben oder auch der gesamte Zylinder ist aus diesem Material aufgebaut. In dieser Ausgestaltung kann eine besonders einfache Herstellbarkeit ermöglicht werden, da der Kolben oder der Zylinder nicht aus einem Grundkörper mit daran angeordneter Schicht des Materials der Anlagefläche geformt werden muss. Vielmehr kann der gesamt Kolben oder das gesamte Bauteil in einem Herstellungsschritt, wie etwa in einem Spritzgussprozess, geformt werden. Dies kann die vorbeschriebenen Vorteile somit kombinieren mit einer besonders vorteilhaften Herstellbarkeit.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass das thermoplastische Polytetrafluorethylen, sei es als Material der Anlagefläche oder auch gegebenenfalls des gesamten Kolbens, faserverstärkt ist. Beispielsweise kann das thermoplastische Polytetrafluorethylen durch Glasfasern oder durch Kohlefasern verstärkt sein. Dabei kann es ferner vorgesehen sein, dass das Material, aus welchem die Anlagefläche oder auch der ganze Kolben geformt ist, aus den Verstärkungsfasern und dem thermoplastischen Polytetrafluorethylen besteht oder dass weitere Substanzen eingearbeitet sind. In dieser Ausgestaltung kann es ermöglicht werden, dass die vorteilhaften Eigenschaften, wie diese vorstehend beschrieben sind, beibehalten werden können oder zumindest nicht signifikant abgeschwächt werden, dabei jedoch die mechanische Stabilität und sie Langzeitstabilität erhöht werden kann.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der Kolben-Zylinder-Anordnung wird auf die weitere Beschreibung des hydraulischen Kupplungssystems, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.
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Beschrieben wird ferner ein hydraulisches Kupplungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kupplungssystem eine Kolben-Zylinder-Anordnung aufweist, wie diese vorstehend im Detail beschrieben ist.
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Ein derartiges Kupplungssystem kann insbesondere einen Kupplungsgeberzylinder umfassen, der durch eine Kolbenstange angesteuert wird und so Hydraulikfluid aus einem Reservoir zu einem Kupplungsnehmerzylinder, wie in einer Kupplungsglocke, fördert oder umgekehrt von dem Kupplungsnehmerzylinder in das Reservoir zum Ein- oder Ausrücken der Kupplung. Zwischen den hydraulischen Funktionselementen, wie insbesondere Kupplungsgeberzylinder, Kupplungsnehmerzylinder beziehungsweise Kupplungsglocke und Reservoir sind Hydraulikleitungen insbesondere als Druckleitungen ausgebildet. Insbesondere und in keiner Weise beschränkend kann die Kolben-Zylinder-Anordnung ein Kupplungsgeberzylinder des Kupplungssystems sein.
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Durch eine derartige Ausgestaltung kann, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist, auf einfache und kostengünstige Weise ein ruhiger und insbesondere geräuscharmer Lauf des Kolbens in dem Zylinder ermöglicht werden.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des hydraulischen Kupplungssystems wird auf die Beschreibung der Kolben-Zylinder-Anordnung, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.
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Im Folgenden wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei explizit darauf hingewiesen wird, dass der erfindungsgemäße Gegenstand nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Kolben-Zylinder-Anordnung;
- 2 eine Schnittansicht durch einen Kolben für eine Kolben-Zylinder-Anordnung aus 1 ;
- 3 Versuchsergebnisse zeigend den erfindungsgemäßen Effekt; und
- 4 weitere Versuchsergebnisse zeigend den erfindungsgemäßen Effekt.
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1 zeigt eine Kolben-Zylinder-Anordnung 10, welche insbesondere Bestandteil eines hydraulischen Kupplungssystems sein kann. Beispielsweise kann die Kolben-Zylinder-Anordnung 10 einen Kupplungsgeberzylinder sein.
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Die Kolben-Zylinder-Anordnung 10 umfasst einen Zylinder 12 und einen in dem Zylinder 12 axial verfahrbar positionierten Kolben 14. Zwischen dem Kolben 14 und dem Zylinder 12 sind in der Ausgestaltung gemäß 1 zwei etwa aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk geformte Dichtungen 16, 18 vorgesehen. Die Dichtungen 16, 18 dienen dazu, einen Zwischenraum 20 zwischen dem Kolben 14 und dem Zylinder 12 abzudichten.
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Die Ausgestaltung nach 1 ist eine solche, die als Ausgestaltung mit stehenden Dichtungen bezeichnet wird. Entsprechend sind die Dichtungen 16, 18 an dem Zylinder 12 fixiert und liegen an einer Anlagefläche 22 des Kolbens 14 an, beziehungsweise gleiten an dieser entlang. Die Anlagefläche 22 ist dabei aus einem Material geformt, welches thermoplastisches Polytetrafluorethylen aufweist.
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In der 1 ist ferner eine Pedalanbindung 24 gezeigt, welche eine Anbindung an ein Kupplungspedal zeigen soll. Die Pedalanbindung 24 ist durch eine Kolbenstange 26 mit dem Kolben 14 verbunden. Ferner ist ein Nachlaufstutzen 28 gezeigt, der mit einem Reservoir verbunden ist, und es ist ein Hochdruckanschluss 30 gezeigt, welcher die als Kupplungsgeberzylinder ausgebildete Kolben-Zylinder-Anordnung 10 mit einem Kupplungsnehmerzylinder verbinden kann. Bezüglich der Dichtungen 16, 18 ist die Dichtung 18 eine Primärdichtung und ermöglicht einen Druckaufbau in Richtung eines Kupplungsnehmerzylinders, wohingegen die Dichtung 16 eine Sekundärdichtung ist und das Hydraulikfluid drucklos im Nachlaufbereich hält.
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Eine Ausgestaltung des Kolbens 14 ist in der 2 gezeigt. Ausweislich der Ausgestaltung in 2 ist es vorgesehen, dass die Anlagefläche 22 Teil einer Schicht 34 ist, die an einem Grundkörper 32 des Kolbens 14 angeordnet ist. Genauer ist die Schicht 34 als Hülse 36 ausgebildet. Die Schicht 34 kann etwa aus thermoplastischem Polytetrafluorethylen bestehen und der Grundkörper 32 kann aus einem ebenfalls thermoplastischen Material, wie etwa Polyamid (PA) oder Polyphthalamid (PPA) ausgestaltet sein.
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In den 3 und 4 ist der positive Effekt der hier beschriebenen Kolben-Zylinder-Anordnung 10 beschrieben.
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Die 3 und 4 zeigen jeweils Diagramme, welche auf der X-Achse eine Relativgeschwindigkeit zwischen einem Kolben 14 und einem Zylinder 12 in [mm/s] zeigen, und an der Y-Achse den dimensionslosen sogenannten Stick-Slap-Faktor zeigen, welcher bei höheren Werten eine höhere Geräuschentwicklung darstellt.
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In der 3 repräsentiert die Kurve A die Reibpartner glasfaserverstärktes Polyamid (PA-GF) und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), repräsentiert die Kurve B die Reibpartner glasfaserverstärktes Polyphthalamid (PPA-GF) und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und repräsentiert die Kurve C die Reibpartner Polytetrafluorethylen (PTFE) und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM).
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In der 4 repräsentiert die Kurve A die Reibpartner Polyamid (PA) und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), repräsentiert die Kurve B die Reibpartner Polyphthalamid (PPA) und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), repräsentiert die Kurve C die Reibpartner Polytetrafluorethylen (PTFE) und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und repräsentiert die Kurve D die Reibpartner Duroplast und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM).
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Bezugnehmend auf die 3 und 4 konnte das positive Verhalten in tribologischen Grundlagenversuchen mit Probekörpern aus Standard-PTFE und EPDM-Proben bereits beobachtet werden. Gegenüber thermoplastischem PA oder PPA zeigt reines PTFE mit EPDM als Reibpartner eine deutliche Verbesserung des Schwingungsverhaltens der Reibpartner, welche Kolben-Werkstoffe gegenüber dem Dichtungswerkstoff EPDM darstellen, was zu wesentlich geringen bis hin zu keinen Geräuschemissionen führt. Es ist deutlich erkennbar, dass der Stick-Slip-Effekt bei Verwendung von reinem PTFE verringert wird, sodass es nur zu wenige/keinen reiberregten Schwingungen kommt, sodass keine hörbaren/störenden Geräusche entstehen.
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Die vorliegenden Versuche konnten dabei unabhängig davon gemacht werden, ob das thermoplastische Polytetrafluorethylen als Beschichtung, Vollmaterial oder Hülse vorliegt. Ferner hat auch das Vorhandensein von Bremsflüssigkeit als Hydraulikflüssigkeit keine Änderungen bezüglich der positiven Eigenschaften hervorgerufen.
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Dies zeigt deutlich, dass ein einfacher Austausch eines Duroplasten gegen ein thermoplastisches Material zwar eine verbesserte Herstellbarkeit ermöglicht, die Geräuschbelastung jedoch erhöht. Erst durch eine Anlagefläche 22 umfassend Polytetrafluorethylen kann ein Ersatz von Duroplast bei gleicher Geräuschentwicklung und verbesserter Herstellung ermöglicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kolben-Zylinder-Anordnung
- 12
- Zylinder
- 14
- Kolben
- 16
- Dichtung
- 18
- Dichtung
- 20
- Zwischenraum
- 22
- Anlagefläche
- 24
- Pedalanbindung
- 26
- Kolbenstange
- 28
- Nachlaufstutzen
- 30
- Hochdruckanschluss
- 32
- Grundkörper
- 34
- Schicht
- 36
- Hülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10205177 A1 [0004]
- DE 102014222992 A1 [0005]
