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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinheit für ein mechatronisch gesteuertes System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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Bevorzugt nutzen heutige Automatikgetriebe, Bremsanlagen oder Kupplungen von Kraftfahrzeugen Hydraulikventile, vor allem elektromagnetisch betätigbare Hydraulikventile, wobei das Hydraulikventil auch als Druckregel- oder Wegeventil bezeichnet wird. Das Hydraulikventil weist einen in einem Gehäuse bewegbar aufgenommenen Ventilkolben auf, dessen Bewegung mit Hilfe eines Signalelementes initiiert wird. Somit wird infolge der Beaufschlagung der im Gehäuse bewegbar aufgenommene Ventilkolben bewegt. In Abhängigkeit seiner Positionierung ergibt sich als Ausgangsdruck des Hydraulikventils ein einen Verbraucher beaufschlagender Systemdruck. Es ist von gebotener Wichtigkeit, dass der Systemdruck gleichbleibend stabil ist. Daher wird üblicherweise zur Eliminierung bzw. Reduzierung von störenden Druckschwingungen auf den Ventilkolben ein Dämpfungselement oder eine Dämpfungseinheit vorgesehen. So sollen zum Ausgleich von Druckschwingungen bspw. im System einer mechatronischen Getriebeansteuerung in verschiedenen Einsatzbereichen hydraulische Dämpfungseinheiten eingesetzt werden. Druckoszillationen in definierten Druckbereichen, z.B. im Bereich eines so genannten „Kisspoints“ einer Kupplung, sollen mit einem vorgegebenen Arbeitsvolumen der Dämpfungseinheit abgedämpft werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dämpfungseinheit für ein mechatronisch gesteuertes System bereitzustellen, welches Anwendung bei unterschiedlichen Gehäusematerialien finden kann.
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Die vorgenannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird eine Dämpfungseinheit für ein mechatronisch gesteuertes System vorgeschlagen, wobei die Dämpfungseinheit einen axial bewegbaren Kolben aufweist, welcher relativ zu einem Anschlag innerhalb der Dämpfungseinheit bewegbar ist. Zwischen dem Anschlag und dem Kolben ist ein zur Rückstellung des Kolbens ausgebildetes Rückstellelement angeordnet. Das mechatronisch gesteuerte System weist ein Gehäuse mit einer Öffnung zur Aufnahme der Dämpfungseinheit auf. Erfindungsgemäß ist zur variablen Montage der Kolben in einer Hülse bewegbar aufgenommen, wobei der Anschlag an die Hülse angrenzend und mit dieser druckdicht verbindbar ausgebildet ist. Unter der variablen Montage ist bspw. die Montage der Dämpfungseinheit in einem Gehäuse zu verstehen, welches aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Duroplastwerkstoff ausgebildet ist. Hier ist der Kolben der erfindungsgemäßen Dämpfungseinheit gesichert in der Hülse geführt. Somit kann die Dämpfungseinheit auch in Gehäusen aufgenommen werden, die grundsätzlich nicht oder weniger geeignet zur bewegbaren Aufnahme des Kolbens ausgebildet sind.
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Mit Hilfe der Aufnahme des Kolbens in der Hülse kann des Weiteren ein Einfluss einer Wärmeausdehnung minimiert werden, in dem die Hülse sowie der Kolben aus einem sich gleich verhaltenden Material hergestellt werden. Hierdurch ist ein enges Laufspiel möglich, woraus eine geringere Leckage resultiert. Dies ist bei den Dämpfungseinheiten, welche ohne Hülse in einer Öffnung angeordnet werden, nicht oder nur bedingt möglich. Somit bewegt sich der Kolben in einem mit Hilfe der Hülse ausgebildeten Zylinder, anstatt, wie im Stand der Technik, direkt in einem Ventilblock.
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Somit besteht die Möglichkeit die Dämpfungseinheit unabhängig vom Ventilblock dem mechatronisch gesteuerten System zuzuordnen.
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Die Hülse ist bevorzugt mit Hilfe einer stoffschlüssigen Verbindung druckdicht mit dem Anschlag verbunden. Die Verbindung kann während der Montage ausgebildet werden, nachdem bspw. die Hülse in eine Öffnung eines Gehäuses der Hydraulikeinheit oder in einem separaten Gehäuse, welches über eine Hydraulikleitung mit der Hydraulikeinheit verbunden ist, angeordnet ist. Bevorzugt jedoch wird die stoffschlüssige Verbindung vor einer Montage der Dämpfungseinheit ausgebildet. Somit ist die Dämpfungseinheit in Form eines so genannten Cartridge-Bauteils ausgebildet und kann auf einfache Weise vollständig zusammengebaut in das die Öffnung aufweisende Gehäuse eingesetzt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist der Anschlag an seinem Außenumfang ein Gewinde auf, damit ein Einschrauben der Dämpfungseinheit ermöglich ist, das zu einer einfachen Montage der Dämpfungseinheit führt. Insbesondere, sofern das Gewinde selbstschneidend ausgebildet ist, besteht die Möglichkeit die Dämpfungseinheit in das Gehäuse, welches bspw. aus einem Duroplast hergestellt ist, einzuschrauben ohne dass zuvor ein entsprechendes Gewinde in die Öffnung eingebracht werden muss. Damit ist eine kostengünstige Montage möglich, da kein komplementär zum Gewinde des Anschlags ausgebildetes Gegengewinde in die Öffnung eingebracht werden muss.
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Das in sich geschlossene System der erfindungsgemäßen Dämpfungseinheit ist somit in Form einer Schraube ausgebildet, die gleichzeitig der Aufnahme des Rückstellelementes sowie als Anschlag des Kolbens dient, und die bspw. in einem Gehäuse, z.B. ein Ventilblock, aus Duroplast eingeschraubt werden kann.
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Die Dämpfungseinheit stellt ein in sich geschlossenes System dar, welches in den Ventilblock eingeschraubt und getauscht werden kann. Durch die Spezialschraube mit selbstfurchendem Gewinde ist eine einfache Montage in Duroplast möglich.
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Zur weiter vereinfachten Montage weist der Anschlag eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Montagemittels auf, womit eine einfache Handhabung der Dämpfungseinheit erzielt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dämpfungseinheit weist die Hülse an ihrem dem Anschlag zugewandt ausgebildeten Ende einen Stützring auf, der einer Anlage eines Dichtelementes dient. Das Dichtelement wird vor der Montage der Dämpfungseinheit sich an den Stützring anlegend auf die Hülse geschoben und ist mit Hilfe des Stützelementes in axialer Richtung gesichert angeordnet. Schließlich wird die komplette Dämpfungseinheit, welche das Dichtelement umfasst, in die Öffnung eingebracht. Mit Hilfe des Stützringes kann somit das Dichtelement verliersicher am Dämpfungselement angeordnet werden.
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Zur Gewichtsreduzierung, zur Reduzierung von Reibungskräften sowie zur Zentrierung der Hülse weist eine Mantelfläche des Kolbens über eine axiale Länge des Kolbens unterschiedliche Außendurchmesser auf. Das heißt mit anderen Worten, dass ein größter Außendurchmesser einem Innendurchmesser der Hülse unter Ausbildung eines Bewegungsspaltes zwischen der Hülse und dem Kolben entspricht und zumindest ein vom größten Außendurchmesser unterschiedlich ausgebildeter Außendurchmesser des Kolbens kleiner ausgebildet ist, wodurch der Bewegungsspalt im Bereich des kleineren Außendurchmessers größer ist und ein Kontakt zwischen der Hülse und dem Kolben gesichert vermieden wird.
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Weiter vorteilhaft kann durch die vorgestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dämpfungseinheit diese flexibel auf die Kundenanforderungen angepasst werden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
- 1 einen Teilschnitt einer Hydraulikeinheit für ein Automatikgetriebe mit einer Dämpfungseinheit gemäß dem Stand der Technik, und
- 2 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinheit.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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In 1 ist in einem Teilschnitt ein mechatronisch gesteuertes System in Form einer Hydraulikeinheit 10 für ein nicht näher dargestelltes Automatikgetriebe illustriert, wobei die Hydraulikeinheit 10 eine Dämpfungseinheit 12 gemäß dem Stand der Technik aufweist. Die Dämpfungseinheit 12 ist zur Elimination bzw. Reduktion von Druckschwingungen in der Hydraulikeinheit 10 vorgesehen.
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Die Hydraulikeinheit 10 weist ein Gehäuse 14 auf, in das die Dämpfungseinheit 12 integriert in einer Öffnung 16 aufgenommen ist. Die Dämpfungseinheit 12 umfasst einen Kolben 18, welcher in der Öffnung 16 axial bewegbar geführt aufgenommen ist. In der Öffnung 16 ist ein Anschlag 20 aufgenommen, welcher zum einen einem teilweisen Schließen der Öffnung 16 dient, und zum anderen einen Hub H des Kolbens 18 begrenzt. Des Weiteren dient der Anschlag 20 einer Aufnahme eines Rückstellelementes 22, welches einenends am Anschlag 20 und anderenends am Kolben 18 aufgenommen ist. Zur Fixierung des Rückstellelementes 22, welches bevorzugt in Form einer Schraubenfeder ausgebildet ist, weist der Kolben 18 eine erste Aufnahmeöffnung 24 und der Anschlag 20 eine zweite Aufnahmeöffnung 26 auf.
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Die Öffnung 16 ist durchströmbar ausgebildet, wobei im Bereich des Kolbens 18 über eine Eintrittsöffnung 28 der Kolben 18 an seiner Stirnseite 30 mit einem bestimmten Druck p beaufschlagt wird. Durch die Druckbeaufschlagung wird der Kolben 18 axial bewegt, wobei er einen maximalen Hub H aufweist, welcher ausgehend von der Anlage der Stirnseite 30 am Gehäuse 14 durch ein Anschlagen des Kolbens 18 am Anschlag 20 begrenzt ist. Der Anschlag 20 ist mit Hilfe eines Sicherungselementes 32 im Gehäuse 14 unverlierbar fixiert, damit er durch das Anschlagen des Kolbens 18 nicht aus dem Gehäuse 14 gedrückt wird. Das in der Öffnung 16 befindliche Hydraulikfluid und die in der Öffnung 16 vorhandene Luft entweichen zur Herbeiführung eines Druckausgleiches über die zweite Aufnahmeöffnung 26, welche den Anschlag 20 axial vollständig durchdringend ausgebildet ist.
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Das Rückstellelement 22 ist so auszulegen, dass die Druckdämpfung im Bereich des maximalen Hubes H mit einem zwischen Stirnflächen des Anschlags 20 und des Kolbens 18 ausgebildeten Arbeitsvolumen in einem definierten Betriebsbereich wirksam ist.
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Eine erfindungsgemäße Dämpfungseinheit 12 ist in 2 in einem Längsschnitt abgebildet. Die Dämpfungseinheit 12 weist einen Kolben 18 in einer Hülse 34 bewegbar aufgenommen auf. Der Anschlag 20 ist an die Hülse 34 angrenzend und mit dieser druckdicht verbunden ausgeführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Druckdichtheit zwischen dem Anschlag 20 und der Hülse 34 mit Hilfe einer Schweißverbindung hergestellt, wobei die Druckdichtheit auch mit Hilfe einer anderen stoffschlüssigen Verbindung ausgebildet werden kann. Ebenso könnte eine Druckdichtheit durch eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen der Hülse 34 und dem Anschlag 20 ausgebildet werden.
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Die Dämpfungseinheit 12, welche den Anschlag 20 umfasst, ist in Form einer integralen Einheit, oder auch als Cartridge-Element, im Gehäuse 14 aufgenommen. Das heißt mit anderen Worten, dass die Dämpfungseinheit 12 vormontiert und einstückig in das Gehäuse 14 eingebaut werden kann.
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Der Anschlag 20 der erfindungsgemäßen Dämpfungseinheit 12, welche bevorzugt aus einem Metall ausgebildet ist, weist an seinem Außenumfang 36 ein selbstfurchendes, oder mit anderen Worten schneidendes Gewinde 46 auf, womit bei der Erstmontage im Gehäuse 14 mit diesem eine kraft- und formschlüssige Verbindung hergestellt werden kann. Das Gehäuse 14 ist aus einem Duroplast, beispielsweise Vyncolit, zur Herbeiführung einer Leichtbauweise ausgebildet. Ebenso könnte es auch aus einem anderen Material ausgeführt sein, wobei zum Erhalt des selbstfurchenden Gewindes des Anschlags 20 das Material des Gehäuses 14 zur Erzeugung einer kraft- und formschlüssigen Verbindung mit und durch den Anschlag 20 geeignet sein muss.
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Die Dämpfungseinheit 12 kann jedoch auch nicht komplett vormontiert im Gehäuse 14 angeordnet werden. So ist in einem ersten Schritt die Hülse 34, welche kostengünstig in Form eines Tiefziehbauteils ausgeführt ist, in die Öffnung 16 einzulegen. Die Hülse 34 weist an ihrem dem Anschlag 20 zugewandt ausgebildeten Ende 38 ein Dichtelement 40, bevorzugt in Form eines O-Ringes, auf, welches an einem am Ende 38 ausgebildeten Stützring 42 der Hülse 34 abstützend angeordnet ist. Der Stützring 42 weist einen größeren Außendurchmesser auf als eine äußere Mantelfläche der Hülse 34, wodurch eine Abstützfläche 44 zur Abstützung des Dichtelementes 40 gebildet wird. Mit Hilfe des Dichtelementes 40 wird die bei einer Montage verursachte Verschmutzung, unter entsprechender Gestaltung der Öffnung, gekammert, und kann dadurch nicht in einen Hydraulikkreislauf des mechatronischen Systems gelangen.
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Im Anschlag 20 ist die zweite Aufnahmeöffnung 26 zur Aufnahme eines Montagemittels ausgeführt. Hierzu ist die Aufnahmeöffnung 26, welche den Anschlag 20 vollständig axial durchdringend ausgebildet ist, mehrstufig ausgeführt, wobei die Aufnahme 26 unterschiedliche Durchmesser aufweist.
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In einem ersten Anschlagsabschnitt 48, welcher dem Kolben 18 zugewandt ausgebildet ist, ist die Aufnahmeöffnung 26 in ihrem ersten Durchmesser D1 zur Aufnahme und Bewegbarkeit des Rückstellelementes 22, welches sich in einer ersten Aufnahmebohrung 24 im Kolben 18 abstützt, ausgebildet. In einem zweiten Anschlagsabschnitt 50, welcher von dem ersten Anschlagsabschnitt 48 abgewandt bzw. gegenüberliegend ausgebildet ist, ist die Aufnahmeöffnung 26 in ihrem zweiten Durchmesser D2 zur Aufnahme eines Montagemittels ausgebildet, welches bspw. in Form eines Innensechskants ausgestaltet sein kann. In einem dritten Anschlagsabschnitt 52, welcher zwischen dem ersten Anschlagsabschnitt 48 und dem zweiten Anschlagsabschnitt 50 liegt, ist ein dritter Durchmesser D3 der Aufnahmeöffnung 26 kleiner als der erste Durchmesser D1 und der zweite Durchmesser D2 ausgebildet, jedoch zumindest so groß, dass der Druckausgleich zur Schwingungsdämpfung bei der Beaufschlagung des Kolbens 18 an seiner Stirnfläche 30 ermöglicht wird. Damit der Kolben 18 von dem Hydraulikfluid, welches üblicherweise aus einem nicht näher dargestellten Arbeitsanschluss der Hydraulikeinheit 10 strömt, beaufschlagt werden kann, weist die Hülse 34 an ihrer der Eintrittsöffnung 28 zugewandt ausgebildeten stirnseitigen Hülsenfläche 54 einen Durchlass 56 auf, über den das Hydraulikfluid einströmen und den Kolben 18 beaufschlagen kann.
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Der Kolben 18 weist über seine axiale Länge L unterschiedliche Außendurchmesser Da auf, damit eine Gewichts- und Reibungsreduzierung sowie Zentrierung des Kolbens 18 in der Hülse 34 realisiert werden kann im Vergleich zu einem einen über seine axiale Länge gleichen Außendurchmesser Da aufweisenden Kolben.
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In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Innenfläche 60 der Hülse 34 beschichtet, damit ein sicheres und schnelleres Ansprechen der Dämpfungseinheit 12 herbeigeführt werden kann. Üblicherweise ist zwischen dem Kolben 18 und der Innenfläche 60 ein geringer Schmierfilm bestehend aus dem Hydraulikfluid ausgebildet, damit sich gesichert eine axiale Bewegung des Kolbens 18 einstellt. Sollte jedoch der Schmierfilm nicht hinreichend sein, ist dennoch aufgrund der Beschichtung eine axiale Bewegung des Kolbens 18 gesichert.
