DE10330036A1 - Kolben einer Vorrichtung zur Betätigung einer Bremseinrichtung eines Automatikgetriebes - Google Patents

Abstract

Ein Kolben (1) einer Vorrichtung zur Betätigung einer Bremseinrichtung eines Automatikgetriebes, insbesondere für Kraftfahrzeuge, besitzt ein topfförmiges Unterteil (2) und ein fest damit verbundenes Oberteil (3) in Form eines Führungsstößels (4). Der Kolben (1) liegt mit einer an einer trompetenförmigen Auskragung (14) umlaufenden elastomeren Dichtung an einer inneren Mantelfläche (37) eines zylinderförmigen Gehäuses (29) der Vorrichtung an. Gleichzeitig ist er mit der inneren Mantelfläche (41) des Unterteils (2) dichtend auf eine äußere Mantelfläche eines angepassten inneren Zylinders (36) des Gehäuses (29) aufschiebbar. Um gegenüber bekannten Kolben eine deutliche Reduzierung der Herstellungskosten zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass das Unterteil (2) als Leichtmetall-Druckgussteil ausgeführt ist und dass sich in der äußeren Mantelfläche (15) der Auskragung (14) eine radial ausgerichtete Nut (16) zur Aufnahme eines Dichtungsrings (18) befindet.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Kolben einer Vorrichtung zur Betätigung einer Bremseinrichtung eines Automatikgetriebes, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei der Kolben ein topfförmiges Unterteil und ein fest damit verbundenes Oberteil in Form eines Führungsstößels aufweist, mit einer an einer trompetenförmigen Auskragung umlaufenden elastomeren Dichtung an einer inneren Mantelfläche eines zylinderförmigen Gehäuses der Vorrichtung anliegt und gleichzeitig mit der inneren Mantelfläche des Unterteils dichtend auf eine äußere Mantelfläche eines angepassten inneren Zylinders des Gehäuses aufschiebbar ist.
• Automatische Getriebe finden aufgrund der damit verbundenen Erleichterung für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs im modernen Straßenverkehr mit seiner stetig anwachsenden Verkehrsdichte und den parallel damit anwachsenden anderweitigen Anforderungen an den Fahrer zunehmend weitere Verbreitung. Insbesondere der ehemalige Nachteil einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs gegenüber manuell betätigten Schaltgetrieben ist durch intelligente Schaltungen sowie Wandlerüberbrückungskupplungen zwischenzeitlich nur noch von nachgeordneter Bedeutung. Auch der mit einem Automatikgetriebe bei einem Kraftfahrzeug erzielbare Fahrkomfort konnte zwischenzeitlich weiter gesteigert werden, so dass Schaltrucke bei Gangwechseln oder beim Anfahren kaum mehr als störend zu bezeichnen sind.
• Um ein Automatikgetriebe bereitzustellen, das auch hohen Komfortansprüchen gerecht wird, ist die Verwendung einer Mehrzahl von Bremseinrichtungen für bestimmte Getriebewellen erforderlich. Derartige Bremseinrichtungen, die häufig als Reibschluss bewirkende Bremsbänder ausgeführt sind, werden üblicherweise mittels hydraulischer Betätigungsvorrichtungen aktiviert und deaktiviert, wobei der Hydraulikdruck bei derartigen Automatikgetrieben ohnehin zur Verfügung steht. Die Beaufschlagung der hydraulisch betätigten Kolben der Betätigungsvorrichtungen wird typischerweise mit Hilfe von hydraulischen Steuerventilen, die als Schieberventile ausgeführt sein können, gesteuert. Die Kolben derartiger Betätigungseinrichtungen für Bremsbänder sind z. B. als Stufenkolben ausgeführt und können auf diese Weise in Abhängigkeit von der Größe der tatsächlich mit Druck beaufschlagten Fläche über ihren Führungsstößel unterschiedlich große Kräfte auf die Bremseinrichtung ausüben. Die bekannten Kolben werden aufgrund ihrer komplexen Geometrie in der Regel als Kombination eines Stahlblech-Tiefziehteils in Glockenform und eines damit verbundenen Stößelteils hergestellt.
• Die elastomere Dichtung, die umlaufend an der Außenseite der trompetenförmigen Auskragung des glockenförmigen Unterteils angeordnet ist, wird nach dem Tiefziehen anvulkanisiert und ist daher anschließend fest mit dem Kolben verbunden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben einer Betätigungseinrichtung für einen Bremseinrichtung eines Automatikgetriebes vorzuschlagen, der einfach und insbesondere kostengünstig herstellbar ist.
• Ausgehend von einem Kolben der eingangs beschriebenen Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Unterteil als Leichtmetall-Druckgussteil ausgeführt ist, und dass sich in der äußeren Mantelfläche der Auskragung eine radial ausgerichtete Nut zur Aufnahme eines Dichtungsrings befindet.
• Insbesondere bei Produktionsstückzahlen, wie sie auf dem Automobilsektor typisch sind, lässt sich das Unterteil des Kolbens als Leichtmetall-Druckgussteil wesentlich kostengünstiger herstellen, als dies bei einem Tiefziehteil aus Stahlblech der Fall ist. Dabei können bei Wahrung einer hinreichenden Festigkeit, das heißt Realisierung einer hinreichend großen Wandstärke des Unterteils, gleichzeitig noch deutliche Einsparungen beim Gewicht des Kolbens gegenüber der umformtechnischen Herstellung nach dem Stand der Technik erzielt werden. Eine weitere große Kostenersparnis lasst sich dadurch realisieren, dass anstelle der vorbekannten anvulkanisierten Dichtung ein als handelsübliches Standardbauteil verfügbarer Dichtungsring verwendet wird. Dieser Kostenvorteil besteht, obwohl die beim Druckgießen eingeformte Nut anschließend noch spanend fertig bearbeitet wird und liegt u. a. darin begründet, dass die vor der Anvulkanisierung erforderliche Entfettung des Unterteils ebenso entfällt wie die Herstellung einer speziellen Vulkanisierform.
• Eine weitere Reduzierung der Herstellkosten lässt sich dadurch erreichen, dass der Kolben insgesamt als Leichtmetall-Druckgussteil ausgeführt wird, wobei vorzugsweise eine Aluminium-Silizium-Legierung mit weiteren Bestandteilen verwendet wird, da eine solche Legierung im Hinblick auf die Einsatzbedingungen des Kolbens im Automatikgetriebe abgestimmt ist.
• Für den Fall, dass mit dem Führungsstößel besonders große Kräfte auf die Bremseinrichtung übertragen werden müssen, wird vorgeschlagen, die dem Unterteil abgewandte Stirnseite des Führungsstößels mit einem verschleißfesten Stützelement zu versehen. Ein derartiges Stützelement kann beispielsweise in Form einer aufgepressten Stahlkappe o. ä. ausgeführt sein.
• Alternativ zu einer Herstellung des gesamten Kolbens als Druckgussteil, kann es bei besonders hohen Anforderungen an die Festigkeit des Führungsstößels sinnvoll sein, diesen aus Stahl zu fertigen und mit einem im Durchmesser reduzierten Verbindungsbereich in eine Bohrung in einem Bodenteil des Unterteils eingreifen zu lassen und den Führungsstößel in der Bohrung zu verstemmen. Bei einer solchen Ausführungsform bleiben die Vorteile einer Urformfertigung bei dem Unterteil voll erhalten und es müssen gleichzeitig keinerlei Abstriche bei den Festigkeitseigenschaften des am stärksten belasteten Teils, nämlich des Führungsstößels, gemacht werden. Mit der Verstemmung des Führungsstößels im Boden des Oberteils liegt eine auch in der Massenfertigung einfach und kostengünstig herstellbare, dauerfeste, formschlüssige Verbindungsart vor.
• Die Erfindung weiter ausgestaltend ist vorgesehen, dass zwischen einer Stufe an dem Führungsstößel und dem Bodenteil des Untereils eine Scheibe angeordnet ist, durch die die Axialkräfte mit geringer Flächenpressung, das heißt auch bei hoher Belastung ohne bleibende Verformung, in das aus Leichtmetall bestehende Unterteil eingeleitet werden können.
• Die Festigkeit des Unterteils wird weiter erhöht und unerwünschte Verformungen vermieden, wenn die Wandstärke des Bodenteils des Unterteils im Bereich der Bohrung für den Führungsstößel vergrößert ist. Auch unerwünschte Auslenkungen der Längsachse des Führungsstößels gegenüber der Rotationsachse des Unterteils werden somit sicher verhindert.
• Schließlich wird nach der Erfindung noch vorgeschlagen, dass die Wandstärke des Unterteils im Bereich der Nut größer ist als im übrigen Bereich der trompetenförmigen Auskragungen. Auf diese Weise wird ein hinreichender Raum für die Nut und somit die Möglichkeit geschaffen, einen ausreichend groß dimensionierten Dichtungsring einzusetzen.
• Falls für besondere Einsatzfälle eine größere Materialhärte gefordert ist, kann die Oberfläche des Führungsstößels wärme- oder oberflächenbehandelt werden.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt:
• 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens;
• 2 eine Ansicht des Kolbens nach 1 von der Unterseite her;
• 3a eine vergrößerte Darstellung der geschnittenen Nut mit einem Formdichtring;
• 3b wie 3a, jedoch mit einem O-Ring;
• 4a eine vergrößerte Darstellung eines Endes des Führungsstößels im Teilschnitt;
• 4b eine vergrößerte Ansicht des Endes des Führungsstößels;
• 5 wie 1, jedoch einer zweiten Ausführungsform;
• 6 wie 2, jedoch der zweiten Ausführungsform und
• 7 den Einbauzustand des Kolbens nach den 1 und 2 in einem Gehäuse einer Betätigungsvorrichtung.
• Ein in den 1 und 2 abgebildetes erstes Ausführungsbeispiel eines rotationssymmetrischen Kolbens 1 besteht aus einem topfförmigen Unterteil 2 und einem Oberteil 3, das die Form eines Führungsstößels 4 besitzt. Das Unterteil 2 ist einer AlSi-Legierung im Druckgussverfahren hergestellt. In einem zentral angeordneten Verbindungsbereich 6 eines Bodenteils 5 des Unterteils 2 besitzt dieses eine stark vergrößerte Wandstärke. In diesem Verbindungsbe reich 6 besitzt das Unterteil 2 eine zentrisch angeordnete Durchgangsbohrung, in die ein im Durchmesser reduzierter Verbindungsbereich 7 des Führungsstößels 4 eingreift. Der aus Kohlenstoffstahl bestehende Führungsstößel 4 ist in seinem Verbindungsbereich 7 in der Bohrung in dem Bodenteil 5 gepresst und zusätzlich mit diesem noch formschlüssig verbunden, um ein Lösen der Verbindung zwischen Unterteil 2 und Oberteil 3 zu verhindern.
• Wie aus den 4a und 4b ersichtlich ist, besitzt die dem Unterteil 2 zugewandte Stirnseite 8 des Führungsstößels 4 eine Kegelbohrung 9. Des weiteren ist die Kante 10 im Übergangsbereich der Bohrung in das verdickte Bodenteil 5 angepasst. Des weiteren steht der Führungsstößel 4 in axiale Richtung gesehen im montierten Zustand leicht über eine Stirnfläche 11 des Bodenteils 5 vor. Im Auslaufbereich der kegeligen Bohrung 9 wird das Material des Führungsstößels 4 an drei Stellen 12 plastisch nach außen verformt, das heißt verstemmt, wodurch ein Herausrutschen des Führungsstößels 4 verhindert wird. Der Vorgang des Verstemmens kann mit einem handelsüblichen Werkzeug auf effiziente und zuverlässige Weise ausgeführt werden.
• Um die Krafteinleitung aus dem Führungsstößel 4 in das Bodenteil 5 des Unterteils 2 zu vergleichmäßigen und eine zu hohe Flächenpressung, das heißt auch die Gefahr einer plastischen Verformung des Unterteils 2 zu verhindern, ist zwischen einer Stufe 13 im Übergangsbereich des Führungsstößels 4 in dessen Verbindungsbereich 7 eine Scheibe 14S aus Stahl angeordnet.
• Das dem Oberteil 3 abgewandte Ende des Unterteils 2 besitzt eine trompetenförmige Auskragung 14, in deren äußerer Mantelfläche 15 sich eine umlaufende und im Querschnitt rechteckförmige Nut 16 befindet. Wie insbesondere aus den vergrößerten Darstellungen gemäß den 3a und 3b ersichtlich ist, kann in die Nut 16 eine Formdichtung 17 mit einem halbovalförmigen Querschnitt oder ein handelsüblicher O-Ring 18 mit kreisförmigem Querschnitt eingesetzt werden. In beiden Fällen ist die Nutbreite 19 größer als die Breite der Formdichtung 17 bzw. des O-Rings 18 und die Nuttiefe 20, 20' kleiner als die Höhe der Formdichtung 17 bzw. des O-Rings 18.
• Der in den 5 und 6 gezeigte Kolben 21 unterscheidet sich nur insofern von dem Kolben 1 gemäß den 1 und 2, als der Kolben 21 insgesamt als Leichtmetall-Druckgussteil hergestellt ist. Das Unterteil 22 weist im Übergangsbereich zu dem Oberteil 23 wiederum in seinem Bodenbereich 25 eine Verdickung auf. Der Führungsstößel 24 ist an seiner äußeren Mantelfläche 26 sowie seiner leicht balligen Stirnfläche 27 zur Steigerung der Oberflächenhärte eloxiert. Bedarfsweise kann die Stirnfläche 27 mit einer nicht dargestellten Schutzkappe aus Stahl abgedeckt sein, um auch bei höchsten Belastungen einen übermäßigen Materialverschleiß zu vermeiden. Im Inneren des Unterteils 22 besitzt dieses im Bodenbereich 25 eine dem Unterteil 23 abgewandte, zentrale, kreisförmige Verdickung 28.
• In 7 ist schließlich noch auschnittsweise die Einbausituation des Kolbens 1 in einem Gehäuse 29 einer im übrigen nicht weiter dargestellten Betätigungsvorrichtung für die Bremseinrichtung eines Automatikgetriebes dargestellt. Der Kolben 1 ist mit der äußeren Mantelfläche 30 des Führungsstößels 4 in der Bohrung eines Deckels 31 geführt, der mit einem Karabinerverschluss 32 in dem Unterteil 33 des Gehäuses 29 formschlüssig verbunden ist.
• Der Kolben 1 ist mit seinem Unterteil 2 in einem Ringraum 34 eingeführt, der zwischen einem äußeren Zylinder 35 und einem inneren Zylinder 36 des Unterteils 33 ausgebildet ist. Mit dem O-Ring 18 liegt das Unterteil 2 des Kolbens 1 an einer inneren Mantelfläche 37 des äußeren Zylinders 35 dichtend an, so dass unterhalb der trompetenförmigen Auskragung 14 des Unterteils 2 des Kolbens 1 ein Arbeitsraum gebildet ist, der nach unten hin durch ein Bodenteil 38 des Unterteils 33 des Gehäuses 29 begrenzt wird. Die Führung des Kolbens in axiale Richtung erfolgt hauptsächlich im Bereich der Lagerung des Führungsstößels 4 in dem Deckel 31. Ein weiterer Arbeitsraum 39 ist innerhalb des inneren Zylinders 36 des Unterteils 33 des Gehäuses 29 ausgebildet. Dieser wird in bezug auf das Unterteil 2 des Kolbens 1 abgedichtet durch einen Dichtring 40, der innerhalb einer Nut in der äußeren Mantelfläche des inneren Zylinders angeordnet ist. Zur Erzielung einer hinreichenden Dichtheit ist die innere Mantelfläche 41 des Unterteils 2 bzw. 22 des Kolbens 1 bzw. 21 spanend nachbearbeitet, wie in dies in den 1 und 5 dargestellt ist.
• Durch die Kraft einer Feder 42, die sich einerseits an einen Boden 43 des Deckels 31 und andererseits an der trompetenförmigen Auskragung 14 des Unterteils 2 des Kolbens 1 abstützt, wird letztere in die in 7 dargestellte untere Totpunkt-Position gedrückt. Durch Beaufschlagung eines der beiden Arbeitsräume, die über nicht näher dargestellte Kanäle mittels Hydraulikflüssigkeit versorgbar sind, wird der Kolben 1 und damit auch dessen Führungsstößel 4 aus dem Gehäuse 29, das an das Automatikgetriebe angeflanscht ist, herausbewegt und führt auf diese Weise zur Betätigung der Bremseinrichtung. Die Versorgung der Kanäle zur Beaufschlagung der Arbeitsräume erfolgt durch ein im Unterteil 33 des Gehäuses 29 angeordnetes, jedoch in 7 nicht sichtbares hydraulisches Schiebeventil.

Claims (8)

1. Kolben (1, 21) einer Vorrichtung zur Betätigung einer Bremseinrichtung eines Automatikgetriebes, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei der Kolben (1, 21) ein topfförmiges Unterteil (2, 22) und ein fest damit verbundenes Oberteil (3, 23) in Form eines Führungsstößels (4, 24) aufweist, mit einer an einer trompetenförmigen Auskragung (14) umlaufenden elastomeren Dichtung an einer inneren Mantelfläche (37) eines zylinderförmigen Gehäuses (29) der Vorrichtung anliegt und gleichzeitig mit der inneren Mantelfläche (41) des Unterteils (2, 22) dichtend auf eine äußere Mantelfläche eines angepassten inneren Zylinders (36) des Gehäuses (29) aufschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (2, 22) als Leichtmetall-Druckgussteil ausgeführt ist, und dass sich in der äußeren Mantelfläche (15) der Auskragung (14) eine radial ausgerichtete Nut (16) zur Aufnahme eines Dichtungsrings (17, 18) befindet.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er insgesamt als Leichtmetall-Druckgussteil ausgeführt ist.
3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Unterteil (22) abgewandte Stirnseite (27) des Führungsstößels (24) mit einem verschleißfesten Stützelement versehen ist.
4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstößel (4) aus Stahl besteht und mit einem im Durchmesser reduzierten Verbindungsbereich (7) in eine Bohrung in einem Bodenteil (5) des Unterteils (2) eingreift und in der Bohrung verstemmt ist.
5. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Stufe (13) an dem Führungsstößel (4) und dem Bodenteil (5) des Unterteils (2) eine Scheibe (14S) angeordnet ist.
6. Kolben nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Bodenteils (5) des Unterteils (2) im Bereich der Bohrung für den Führungsstößel (4) vergrößert ist.
7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Unterteils (2, 22) im Bereich der Nut (16) größer als im übrigen Bereich der trompetenförmigen Auskragung (14) ist.
8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Führungsstößels (24) gehärtet ist.