DE112011102177B4

DE112011102177B4 - Kolben-Zylinder-Anordnung mit am Kolben befestigter Dichtung

Info

Publication number: DE112011102177B4
Application number: DE112011102177.1T
Authority: DE
Inventors: Christian Wild; Simon ORTMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2031-06-04
Also published as: DE112011102177A5; WO2012000466A1; DE102011103376A1

Abstract

Kolben-Zylinder-Anordnung mit am Kolben befestigter Dichtung, wobei die Kolben-Zylinder-Anordnung innerhalb einer hydraulischen Strecke zur Kupplungs- oder Bremsbetätigung, insbesondere bei CSCs, Anwendung findet und einen in einem Gehäuse (1) durch den Druck eines Druckmediums axial verschiebbar gelagerten Kolben (2) aufweist, der mittels einer Dichtung (4) gegenüber einem Druckraum angedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben (2) und der Dichtung (4) ein Zwischenelement aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit spielfrei angeordnet ist und dass die Dichtung (4) oder ein die Dichtung aufnehmender Dichtringträger (3) mit dem Kolben (2) durch einen radial nach innen umgeformten Bereich des Kolbens, der in eine außenseitige Nut (3.2) der Dichtung (4) oder des Dichtringträgers (3) eingreift, verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit am Kolben befestigter Dichtung, wobei die Kolben-Zylinder-Anordnung innerhalb einer hydraulischen Strecke zur Kupplungs- oder Bremsbetätigung, insbesondere bei CSCs, Anwendung findet.
Aufgrund der konstruktiven Auslegung sitzt das Ausrücklager bei CSCs direkt auf dem Kolben (Aluminium), an dem auch die Dichtung direkt angebunden ist.
Dabei sind bisher verschiedenste Anbindungsmöglichkeiten für die am Kolben befestigte Dichtung vorgesehen, wie z.B. in der Druckschrift DE 103 23 570 A1 beschrieben. Bei dieser Lösung weist der Zentralausrücker einen Nehmerzylinder mit einer Führungshülse, ein Gehäuse sowie ein zwischen Führungshülse und Gehäuse angeordneten Kolben auf, an dem ein Ausrücklager angeordnet ist. Das Gehäuse und die Führungshülse begrenzen einen Druckraum, in dem der Kolben gegenüber der Umgebung abgedichtet hydraulisch bewegt werden kann. Der Kolben verfügt dazu über eine Nutringdichtung.
Bei einer DE 102009016297 A1 beschriebenen Kolben-Zylinder-Anordnung sitzt die Dichtung eingeknüpft in einer stringseitigen Nut des Kolbens des Nehmerzylinders.
Die Dichtungsanordnungen weisen den entscheidenden Nachteil auf, dass die Dichtungen nicht spielfrei an den Kolben angebunden sind. Eine spielbehaftete Dichtung ist jedoch aufgrund softwaretechnischer Probleme nicht akzeptierbar. Wird die Dichtung direkt in den Kolben eingebunden, werden kurzzeitig auftretende Temperaturen am Ausrücklager direkt in den Knüpfbereich der Dichtung eingetragen. Dies führt zu einem Ausfall der Dichtung, wodurch exakte Tastpunkte für die automatisierte Kupplungsbetätigung nicht mehr ermittelbar sind. Weiterhin besteht die Gefahr des Abreißens der Dichtung.
Durch die bisherigen Anbindungen wird weiterhin immer eine zweite Kardanik ins System eingebracht, sowie die Möglichkeit, dass die Dichtung an einem anderen Punkt steht als der Kolben. Daher ist die Tastpunkterkennung fehlerhaft, was einen automatisierten Betrieb stört.
Außerdem sind heutige Dichtungsträgervarianten bauraumintensiv und gehen zu Lasten des Führungsverhältnisses Kolben zu Durchmesser.
Aus der DE 196 27 617 A1 ist ein Dichtelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit am Kolben befestigter Dichtung zu entwickeln, die eine spielfreie Anordnung der Dichtung am Kolben gewährleistet und dabei gleichzeitig die thermische Abkopplung der Dichtung vom Kolben gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Kolben-Zylinder-Anordnung weist eine am Kolben befestigte Dichtung auf und findet innerhalb einer hydraulischen Strecke zur Kupplungs- oder Bremsbetätigung, insbesondere bei CSCs, Anwendung und weist einen in einem Gehäuse durch den Druck eines Druckmediums axial verschiebbar gelagerten Kolben auf, der mittels einer Dichtung gegenüber einem Druckraum angedichtet ist, wobei erfindungsgemäß zwischen dem Kolben und der Dichtung ein Zwischenelement aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit spielfrei angeordnet ist.
Es ist möglich, die Dichtung direkt endseitig spielfrei am Kolben anzubinden. In einer bevorzugten Variante wird am Kolben ein Zwischenelement in Form des Dichtringträgers aus einem Kunststoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit spielfrei ausgebildet oder angeordnet, welches dann den Dichtring aufnimmt. Damit erfolgt die Überführung des Knüpfbereichs in ein Kunststoffteil, das direkt an den Kolben angebunden ist.
Die Dichtung oder der Dichtringträger können mit dem Kolben durch eine 2-Komponentenspritzung als eine konstruktive Einheit ausgebildet sein, wodurch eine einfache Herstellung in nur einer Fertigungsstufe möglich ist.
Es ist technologisch einfach umsetzbar, die Dichtung mit dem Kolben oder den Dichtringträger mit dem Kolben durch einen radial umgeformten Bereich miteinander zu verbinden. Dies erfolgt durch einen radial nach innen umgeformten Umformbereich des Kolbens, der in eine außenseitige Nut der Dichtung oder des Dichtringträgers eingreift, wobei dies insbesondere durch Bördeln erfolgt. Vorteilhaft ist dabei, wenn der Umformbereich des Kolbens nach dem Bördeln unter Erzeugung einer axialer Vorspannung an einer kolbenseitigen Anlagefläche der Nut der Dichtung oder der Nut des Dichtringträgers anliegt, wodurch eine sichere Spielfreiheit gewährleistet ist.
Erfolgt das Anbinden über eine Bördelgeometrie, ist insbesondere bei Verwendung eines Dichtringträgers sicherzustellen, dass dieses Kunststoffteil genug Material zwischen Kolben (Grundmaterial) und Dichtung bringt, um sicher thermisch zu entkoppeln.
Dazu ist vorgesehen, dass insbesondere der Dichtringträger kolbenseitig einen zylinderförmigen, sich axial erstreckenden Vorsprung aufweist, der in eine korrespondierende Durchmessererweiterung des Kolbens eingreift, wobei der Innendurchmesser des Kolbens und der Innendurchmesser des zylinderförmigen Vorsprungs im Wesentlichen gleich sein sollten. Dadurch wird neben der thermischen Entkopplung gewährleistet, dass der Kolben weiterhin optimal geführt werden kann. Eine möglichst lange Fläche (zylinderförmiger Vorsprung) zur Führung des Dichtringträgers zum Kolben ist dabei günstig, um eine mögliche Kardanik innerhalb des Bauteils zu vermeiden. Durch die möglichst lange Führung des Dichtringträgers im Kolben sollte lediglich eine max. Verkippung von 1° zugelassen werden.
Um das Führungslängenverhältnis des Kolbens nicht zu unterschreiten, ist ein Teil der Führung in den Kolben und der andere Teil der Führung in den Dichtringträger eingebracht. Das Führungslängsverhältnis in Form von Führungslänge zu Kolbendurchmesser sollte dabei in etwa 0,5 betragen.
Wird die Dichtung über einen spielfrei an den Kolben angebundenen Dichtringträger am Kolben befestigt, erfolgt dies bevorzugt durch spielfreies Einknüpfen der Dichtung am Dichtringträger. Der Dichtringträger und die Dichtung weisen dazu eine korrespondierende Einknüpfkontur auf, die ein spielfreies Einknüpfen gewährleistet.
Es ist weiterhin möglich, dass die Dichtung und der Dichtringträger durch 2-Komponentensprietzgießen einteilig hergestellt sind und dass dann der Dichtringträger mit dem Kolben durch Bördeln verbunden wird.
Neben dem Bördeln oder dem 2-K Spritzgießen sind auch andere spielfreie Verbindungsvarianten möglich.
Der Kolben besteht bevorzugt aus Aluminium, um die geforderte hohe Festigkeit zu gewährleisten. Da dieser Werkstoff eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist es vorteilhaft, wenn zwischen Kolben und Dichtung der aus Kunststoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehende Dichtringträger angeordnet ist.
Insgesamt gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung mit ihrer neuartigen konstruktiven Gestaltung:

keine Versatzmöglichkeit von Kolben zur Dichtung, wodurch eine sichere Tastpunkterkennung gewährleistet ist,
durch die sichere und lange Führung keine Kardanik im Kolbensystem, wodurch kein Verkippen des Kolbens zur Dichtung hin zu verzeichnen ist.

Somit bietet die Erfindung eine Möglichkeit, eine Dichtung thermisch abgekoppelt an einen stabilen Kolben aus Aluminium spielfrei anzubinden, ohne eine Kardanik ins System einzubringen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 die Prinzipdarstellung einer Kolben-Zylinderanordnung,
2 die Darstellung eines Teillängsschnittes des Kolbens und des Dichtringträgers vor dem Bördeln und
3 nach dem Bördeln.

1 zeigt eine Kolben-Zylinder-Anordnung im Längsschnitt, die Teil einer hydraulischen Strecke zur Kupplungs- oder Bremsbetätigung ist. Diese Anordnung stellt in diesem Beispiel einen Nehmerzylinder dar, der konzentrisch um eine Achse A einer nicht dargestellten Getriebeeingangswelle angeordnet ist und daher auch als CSC (Concentric Slave Cylinder) bezeichnet wird. Allerdings kann diese auch in einem Semi-Nehmer- oder Geberzylinder Anwendung finden. Dieser Nehmerzylinder 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 1 aus vorzugsweise Kunststoff, das zur Aufnahme und Führung eines Kolbens 2 koaxial zur Achse A eine Ringnut 1a aufweist, in welcher der Kolben 2 linear mittels eines in die hydraulische Strecke eingetragenen Druckes zwischen zwei Endlagen verschiebbar ist. Dazu ergibt
sich aus der Differenz der Länge der Ringnut 1a zur Länge des Kolbens 2 ein zur Kraftübertragung mit Fluid befüllbarer Druckraum D. Der Kolben 2 weist in Richtung zum Druckraum D einen Dichtringträger 3 aus einem Werkstoff mit schlechter Wärmeleitung, bevorzugt Kunststoff auf, an dessen druckraumseitiger Stirnfläche 3.1 eine Dichtung 4 zur Abdichtung des Druckraums D zu seiner Umgebung hin eingeknüpft ist.
Der Kolben 2 besteht aus Gründen der geforderten Festigkeit aus Aluminium, wodurch sich dieser durch die im Ausrücklager 5 auftretende Reibung und Erwärmung im Betriebszustand ebenfalls stark erwärmt. Durch den Dichtringträger 3 wird die Wärme nicht an die Dichtung 4 weitergeleitet, da der Dichtringträger wärmeisolierend wirkt.
Der Dichtringträger 3 weist den gleichen Innendurchmesser und Außendurchmesser wie der Kolben 2 auf, um eine gute Führung in der Ringnut 1a des Gehäuses 1 zu gewährleisten.
Der Dichtringträger 3 wurde mit dem Kolben 2 durch eine Bördelung verbunden, was in den nachfolgenden Zeichnungen im Einzelnen dargestellt ist.
In 2 wird gezeigt, wie der Kolben 2 und der Dichtringträger 3 zueinander zum Fügen durch Bördeln positioniert wurden und 3 zeigt den Teillängsschnitt von Kolben 2 und Dichtringträger 3 nach dem Fügen.
Der Dichtringträger 3 weist an seiner nach außen weisenden Stirnseite 3.1 eine Profilierung zum Einknüpfen einer nicht dargestellten Dichtung auf. Zum Bördeln ist am Außenumfang des Dichtringträgers 3 eine Nut 3.2 eingebracht und der Kolben 2 weist einen Umformbereich 2.1 auf, der gemäß 2 über die Nut greift. Der Dichtringträger 3 sitzt mit einem zylinderförmigen Vorsprung 3.3 in einer korrespondierenden Durchmessererweiterung 2.2 des Kolbens 2. Der Innendurchmesser d2 des Kolbens 2 und der Innendurchmesser d3 des Dichtringträgers 2 sowie der Außendurchmesser D2 des Kolbens und der Außendurchmesser D3 des Dichtringträgers 3 stimmen dabei im Wesentlichen überein und werden in der Ringnut des hier nicht dargestellten Gehäuses geführt.
Zum Verbinden des Dichtringträgers 3 mit dem Kolben 2 wird der Umformbereich 2.1 des Kolbens 2 radial nach innen in die Nut 3.2 des Dichtringträgers 3 gebördelt oder anderweitig gebogen, so dass Kolben 2 und Dichtringträger 3 miteinander fest verbunden sind. Bevorzugt wird der Umformbereich 2.1 soweit umgebogen, dass dieser nach dem Bördeln unter Erzeugung einer axialer Vorspannung an einer kolbenseitigen Anlagefläche 3.2' der Nut 3.2 des Dichtringträgers 3 anliegt.
Neben dem Bördeln sind auch andere Verbindungsverfahren möglich, wobei immer auf eine spielfreie Verbindung zwischen Kolben und Dichtringträger zu achten ist.
Weiterhin ist es alternativ auch möglich, die Dichtung kolbenseitig mit einem wärmeisolierenden und temperaturbeständigen Werkstoff zu versehen und analog spielfrei mit dem Kolben zu verbinden.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
1a: Ringnut
2: Kolben
2.1: Umformbereich
2.2: Durchmessererweiterung
3: Dichtringträger
3.1: Stirnseite
3.2: Nut
3.2': Anlagefläche
3.3: Vorsprung
4: Dichtung
5: Ausrücklager
d2: Innendurchmesser des Kolbens 2
d3: Innendurchmesser des Dichtringträgers
A: Achse
D: Druckraum
D2: Außendurchmesser des Kolbens 2
D3: Außendurchmesser des Dichtringträgers 3

Claims

Kolben-Zylinder-Anordnung mit am Kolben befestigter Dichtung, wobei die Kolben-Zylinder-Anordnung innerhalb einer hydraulischen Strecke zur Kupplungs- oder Bremsbetätigung, insbesondere bei CSCs, Anwendung findet und einen in einem Gehäuse (1) durch den Druck eines Druckmediums axial verschiebbar gelagerten Kolben (2) aufweist, der mittels einer Dichtung (4) gegenüber einem Druckraum angedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben (2) und der Dichtung (4) ein Zwischenelement aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit spielfrei angeordnet ist und dass die Dichtung (4) oder ein die Dichtung aufnehmender Dichtringträger (3) mit dem Kolben (2) durch einen radial nach innen umgeformten Bereich des Kolbens, der in eine außenseitige Nut (3.2) der Dichtung (4) oder des Dichtringträgers (3) eingreift, verbunden sind.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (4) oder der die Dichtung aufnehmender Dichtringträger (3) zumindest bereichsweise aus einem eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Werkstoff bestehen.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der Kolben (2) und die Dichtung (4) oder - der Kolben (2) und der Dichtringträger (3) über eine 2-Komponentenspritzung als eine konstruktive Einheit ausgebildet sind.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die - Dichtung (4) mit dem Kolben (2) oder - der Dichtringträger (3) mit dem Kolben (2) durch einen radial umgeformten Bereich miteinander verbunden sind.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umformbereich (2.1) des Kolbens (2) durch radial nach innen gerichtetes Bördeln in die Nut der Dichtung (4) oder des Dichtringträgers (3) eingreift.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformbereich (2.1) des Kolbens (2) nach dem Bördeln unter Erzeugung einer axialen Vorspannung an einer kolbenseitigen Anlagefläche der Nut der Dichtung (4) oder der Nut (3.2) des Dichtringträgers (3) anliegt.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (4) oder der Dichtringträger (3) kolbenseitig einen zylinderförmigen Vorsprung (3.3) aufweist, der in eine korrespondierende Durchmessererweiterung (2.2) des Kolbens (2) eingreift.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Kolbens (2) und der Innendurchmesser des zylinderförmigen Vorsprungs (3.3) im Wesentlichen gleich sind.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (4) mit dem Dichtringträger (3) durch spielfreies Einknüpfen verbunden ist.