DE19523215B4

DE19523215B4 - Ausbildung eines Kolbens für einen Geberzylinder

Info

Publication number: DE19523215B4
Application number: DE19523215A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Prosch; Christian Sperner; Herbert Folk
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2015-06-28
Also published as: JPH0914296A; KR970000995A; JP3735157B2; US5794512A; KR100271292B1; BR9602894A; DE19523215A1

Abstract

Geberzylinder (1) für eine hydraulisch betätigte Kupplung oder Bremse in Fahrzeuge umfassend ein Gehäuse (2), in dem ein Kolben (6) axial verschiebbar ist, wobei der Kolben (6) eine spanlos geformte, einen geschlossenen Boden (8) aufweisende Kolbenschafthülse (9) umfasst, deren Innenraum von zumindest zwei Halteschalen (10, 11) spielfrei ausgefüllt ist, wobei die Halteschalen (10, 11) am pedalseitigen Ende der Kolbenschafthülse (9) eine kugelförmige, jeweils der Form einer Pfanne entsprechende Ausnehmung (13, 14) bilden, in die ein Kugelkopf (15) einer Kolbenstange (16) verschnappt und kraftformschlüssig gehalten ist, die eine Verbindung zu einem manuell zu betätigenden Pedal herstellt, und zur Lagefixierung der Halteschalen (10, 11) in der Kolbenschafthülse (9) diese pedalseitig eine radial nach innen gerichtete umlaufende Bördelung (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Kolbenstange (16) eine vormontierbare Einheit bildenden Halteschalen (10, 11) jeweils einstückig mit einer übereinstimmenden Anzahl von Passstiften (38) und Bohrungen (36) versehen sind, die zueinander spiegelsymmetrisch angeordnet...

Description

Die Erfindung betrifft einen Geberzylinder für eine hydraulisch betätigte Kupplung oder Bremse in Fahrzeugen mit einem Gehäuse, in dem der Kolben axial verschiebbar ist. Der Aufbau des Kolbens umfasst eine Kolbenschafthülse mit einem einseitig geschlossenen Boden, in die zumindest zwei Halteschalen spielfrei eingesetzt sind. An der Öffnungsseite der Kolbenschafthülse sind die Halteschalen jeweils mit einer kugelförmigen Ausnehmung versehen, in die ein Kugelkopf der Kolbenstange verschnappt und kraftschlüssig gehalten ist. Zur Sicherung der Halteschalen in der Kolbenschafthülse dient eine pedalseitig umlaufende, d.h. radial nach innen gerichtete Bördelung an der Kolbenschafthülse. Die gelenkig in den Halteschalen des Kolbens gehaltene Kolbenstange stellt eine Verbindung zu einem manuell zu betätigenden Pedal her.

Die als Stand der Technik gemäß § 3(2) PatG geltende DE 195 21 281 A1 zeigt einen derartigen Geberzylinder mit einem Kolben mit einer aus Stahlblech hergestellten Kolbenschafthülse, in die Halteschalen mit endseitig kugelförmigen Ausnehmungen für einen Kugelkopf der Kolbenstangen eingebracht sind.

Aus der Druckschrift DE 42 12 107 A1 ist weiterhin ein Geberzylinder bekannt. Der darin beschriebene und dargestellte Gegenstand weist eine aus Kunststoff hergestellte Führungshülse auf, die im Gehäuse über eine Schnappverbindung gehalten ist und pedalseitig aus dem Gehäuse ragt. In die Fühnungshülse ist ein Kolben längsverschiebbar eingesetzt, dessen Aufbau eine Kolbenschafthülse aufweist, der an der zum Druckraum zeigenden Seite ein Kolbenkopf vorgelagert ist. Über einen durch den Boden der Kolbenschafthülse geführten Kolbenhals ist der Kolbenkopf am Kolben gehalten. An der vom Kolbenkopf abgewandten Stirnseite des Kolbenshalses ist die Kolbenstange über einen Kugelkopf abgestützt, wobei zur Lagefixierung zwei in die Kolbenschafthülse eingesetzte den Kugelkopf formschlüssig umgreifende Halteschalen vorgesehen sind. Dieser bekannte Geberzylinderaufbau zeigt einen aus vielen Einzelbausteinen bestehenden Kolben, der eine Vielzahl von mit engen Fertigungstoleranzen herzustellenden Einzelteilen umfasst, die eine aufwändige Montage erfordern und damit die Herstellkosten des Geberzylinders erhöhen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verwechslungsfreie, lagefixierte Vormontage der Halteschalen zu realisieren, die in eine Kolbenschafthülse einsetzbar sind. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, den Kolben so zu gestalten, dass dieser ein ungehindertes Nachströmen von Hydraulikflüssigkeit in den Druckraum sicherstellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, die mit der Kolbenstange eine vormontierte Einheit bildenden Halteschalen mit speziell angeordneten Passstiften zu versehen. Zur Erzielung eines gezielten lageorientierten Einbaus sind die Halteschalen jeweils einstöckig mit Passstiften versehen, die in Bohrungen der zugehörigen Halteschale eingepasst sind. Die spiegelsymmetrisch angeordneten Passstifte ermöglichen die Verwendung von nur einer Halteschalen-Bauform. Damit werden keine unterschiedlichen Halteschalen benötigt, was die Lagerung vereinfacht und damit einen Kostenvorteil bietet. Die aus Halteschalen und Kolbenstange bestehende Einheit ist erfindungsgemäß in eine aus Blech spanlos hergestellte Kolbenschafthülse einsetzbar. Zur Lagefixierung der Halteschalen ist die Kolbenschafthülse an dem geöffneten, d.h. zur Kolbenstange gerichteten Ende mit einer umlaufenden, radial nach innen gerichteten Bördelung versehen. Damit ist ein vormontierbarer, alle Bauteile umfassender Kolben geschaffen. Weiterhin ist die Kolbenschafthülse auf der von der Kolbenstange abgewandten Seite mit zumindest einer Schnüffelnut versehen. Diese in die Mantelfläche der Kolbenschafthülse eingebrachte Nut ermöglicht in der Lösestellung bzw. in der Neutrallage des Geberzylinders ein ungehindertes Nachströmen des Druckmittels aus dem Druckmittelreservoir in den Druckraum.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung der Lagefixierung mittels Passstift und zugehöriger Bohrung gemäß Anspruch 2 an den von der Ausnehmung für den Kugelkopf abgewandten Enden in die Halteschalen eingebracht.

Es ist zweckmäßig nach Anspruch 3, zur Erreichung einer automatengerechten Montage und einer Verliersicherheit, die Halteschalen über eine Schwimmhaut zu verbinden. Diese eine Scharnierwirkung ausübende Schwimmhaut, die stirnseitig oder in Längsrichtung seitlich an der Mantelfläche zwischen zwei Halteschalen angebracht ist, stellt eine der Aufgabenstellung entsprechende weitere vorteilhafte Montagevereinfachung dar.

Es ist zweckdienlich nach Anspruch 4, eine radiale Überdeckung von 5 % bis 30 % zwischen den Schnappnasen der Segmente und dem Kugelkopf der Kolbenstange herzustellen. Zur Erreichung einer vereinfachten Einführung unter Krafteinwirkung des Kugelkopfes in die kugelförmige Ausnehmung ist eine umlaufende Fase pedalseitig an den Schnappnasen vorgesehen. Zur Erreichung einer sicheren Befestigung des Kugelkopfes gegen ein ungewolltes Lösen ist die zur kugelförmigen Ausnehmung gerichtete Seite der Schnappnasen scharfkantig geformt zur Bildung einer Hinterschneidung.

Nach Anspruch 5 ist ein Maß für die axiale Erstreckung der Schnüffelnut vorgesehen, das größer ist als eine axiale Beabstandung von einer Dichtlippenanlage der Kolbendichtung bis zum Boden der Kolbenschafthülse.

Zur Verringerung des Dichtlippenverschleißes ist nach Anspruch 6 vorgesehen, gerundete Übergänge an der Kolbenschafthülse von der Schnüffelnut zur Mantelfläche vorzusehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist nach Anspruch 7 eine Oberflächenbehandung und/oder eine Beschichtung der Mantelfläche der Kolbenschafthülse zur Verringerung der Reibung und Reduzierung des Dichtlippenverschleißes vorgesehen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt sechs Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Geberzylinder in einem Längsschnitt;
2 in einem vergrößerten Maßstab, die im Bereich der Schnüffelnut am Kolben anliegende Primärdichtung in einer Ruhe- bzw. Lösestellung des Kolbens.
3 in einer vergrößerten Darstellung eine formschlüssige Befestigung des Kugelkopfs der Kolbenstange im Kolben;
4 in einer Ansicht eine im Kolben eingesetzte Halteschale;
5 die Seitenansicht der in 4 abgebildeten Halteschale;
6 einen Längsschnitt der Halteschale gemäß 4 entlang der Linie B-B;
7 die Draufsicht einer Halteschale gemäß 4.
Die 1 zeigt in einem Längsschnitt den Geberzylinder 1, der ein aus Kunststoff hergestelltes Gehäuse 2 aufweist. Über einen Anschluss 3 kann dem Geberzylinder 1 eine Hydraulikflüssigkeit zugeführt werden, die über einen Anschluss 4 einem in 1 nicht abgebildeten Nehmerzylinder zuströmen kann. In das Gehäuse 2 ist eine Bohrung 5 eingebracht, zur Bildung eines Druckraums 7, in dem ein Kolben 6 geführt ist, wobei der Druckraum 7 axial durch einen Boden 8 des Kolbens 6 und durch den Anschluss 4 eine Begrenzung erfährt. Der in 1 in der betätigten Stellung abgebildete Kolben 6 umfasst eine Kolbenschafthülse 9, die zum Druckraum 7 zeigend einen geschlossenen Boden 8 aufweist in der Halteschalen 10, 11 eingesetzt sind, wobei diese über eine Bördelung 12 der Kolbenschafthülse 9 spielfrei gehalten sind. Die Halteschalen 10, 11 sind auf der zur Seite der Bördelung 12 gerichteten Seite des Kolbens 6 mit jeweils einer in der Lage und Formgebung übereinstimmenden kugelförmigen Ausnehmung 13, 14, zur Aufnahme eines Kugelkopfes 15 versehen, der einstückig mit einer Kolbenstange 16 verbunden ist.
Zur wirksamen Abdichtung eines Ringspalts zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 6 ist eine Primärdichtung 17 vorgesehen, die in einer zylindrischen Ausnehmung im Gehäuse 2 eingepasst und an einer Stirnseite eines Dichtungsträgers 18 abgestützt ist. An der entgegengesetzten Seite ist der Dichtungsträger 18 mit einer zylindrischen Ausnehmung versehen, in die eine Sekundärdichtung 19 eingefügt ist und die eine Abstützung an einer Führungshülse 20 erfährt. Die formschlüssig am Gehäuse 2 angeordnete Führungshülse 20 verfügt über einen koaxial zum Kolben 6 angeordneten, hohlzylindrischen Abschnitt, in dem der Kolben 6 in einer Lösestellung geführt ist.
In den weiteren Zeichnungen 2 und 3, die in einem vergrößerten Maßstab Einzelheiten aus dem in 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel deutlicher hervorheben, sind die übereinstimmenden Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass bezüglich deren Beschreibung auf die Ausführung gemäß 1 verwiesen werden kann.
In 2 ist der in seiner Ruhestellung verlagerte Kolben 6 dargestellt. In dieser Position liegt eine Dichtlippe 21 der Primärdichtung 17 an dem zum Boden 8 gerichteten Ende der Kolbenschafthülse 9 an. Ein für die Funktion des Hydrauliksystems erforderliches druckloses Nachströmen der Hydraulikflüssigkeit über den Anschluss 3 in den Druckraum 7 ist in der die 2 abgebildeten Kolbenstellung möglich. Dazu ist eine mit dem Anschluss 3 korrespondierende Stichbohrung 22 in den Dichtungsträger 18 eingebracht, die in einen Axialkanal 23 mündet, der eine Umlenkung der Hydraulikflüssigkeit zur Primärdichtung 17 bewirkt. Ein Übertritt der Hydraulikflüssigkeit erfolgt über eine Schnüffelnut 24 in den Druckraum 7. Die spanlos mit gerundeten Übergängen zur Mantelfläche der Kolbenschafthülse 9 eingeformte Schnüffelnut 24 besitzt einen zum Durchmesser "D1" des Druckraums 7 reduzierten Grundkreisdurchmesser "D2", der einen ungehinderten Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit ermöglicht. Die aus den unterschiedlichen Durchmessern zu bildende Beziehung ½ × (D1 – D2) ergibt die Nuttiefe der Schnüffelnut 24. Zur Sicherstellung eines ausreichenden Übertritts von Hydraulikflüssigkeit ist eine Schnüffelnuttiefe im Bereich von 0,1 bis 0,5 × S (Wandstärke der Kolbenschafthülse 9) erforderlich. Die axiale Erstreckung der Schnüffelnut 24, das Maß "L2", überdeckt dabei deutlich das Maß "L1 ", das sich vom Anlagebereich der Dichtlippe 21 bis zur Stirnseite des Bodens 8 einstellt. Das Maß "L1" entspricht dabei dem 1- bis 6-fachen Wert der Wandstärke der Kolbenschafthülse 9. Für die axiale Erstreckung der Schnüffelnut 24, das Maß "L2", bietet es sich an, den 1,1-fachen bis 3-fachen Wert von „L1" vorzusehen.
Die 3 verdeutlicht in einer vergrößerten Darstellung die Anbindung der Kolbenstange 16 an den Kolben 6. Danach sind die Halteschalen 10, 11 übereinstimmend mit einer halbrundartig geformten Ausnehmung 13, 14 versehen, die jeweils eine Pfanne bilden, in der der Kugelkopf 15 formschlüssig geführt und gehalten ist. Zur Schaffung einer kraftformschlüssigen Befestigung sind die Halteschalen 10, 11 stirnseitig mit Schlitzen versehen und bilden Segmente 27, 28, deren axiale Länge etwa dem Maß von der Kugelkopfmitte bis zur stirnseitigen Innenwandung der Kolbenschafthülse 9 entspricht. Die Segmente 27, 28 sind endseitig mit radial nach innen gerichteten Schnappnasen 29, 30 versehen, die bis nahe an die zylindrische Mantelfläche eines Kolbenstangenhalses 31 geführt sind. Zur Vereinfachung eines Eintritts des Kugelkopfes 15 in die durch die Ausnehmungen 13, 14 gebildete Kugelform in den Halteschalen 10, 11 ist eine Freistellung 32 vorgesehen, die im vorderen Bereich der Mantelfläche der Halteschalen 10, 11 angeordnet ist. Damit ist ein radiales Ausweichen der Segmente 27, 28 bei einem Zusammenfügen des Kugelkopfes 15 in die Halteschalen 10, 11 möglich, wobei sich die Vorsprünge nach Erreichen der Endlage des Kugelkopfes 15 selbsttätig aufgrund der eigenen Elastizität in die Ausgangsposition verlagern und dabei einen sicheren, formschlüssigen Halt des Kugelkopfes 15 und damit Anbindung der Kolbenstange 16 am Kol, ben 6 gewährleisten. Um ein weiteres vereinfachtes Einschieben des Kugelkopfes 15 in die Ausnehmung 13, 14 zu erreichen, sind die Schnappnasen 29, 30 stirnseitig an dem radial nach innen gerichteten freien Ende mit einer umlaufenden Fase 33 versehen. Auf der von der Fase 33 abgewandten Seite weisen die Schnappnasen 29, 30 einen scharfkantigen Übergang auf, und bilden einen Hinterschnitt 34, der ein ungewolltes Verlagern des Kugelkopfes 15 aus der Ausnehmung 13, 14 wirksam unterbindet.
In 3 ist außerdem der Überdeckungsgrad zwischen den Segmenten 27, 28 bzw. den zugehörigen Schnappnasen 29, 30 mit dem Kugelkopf 15 zu entnehmen. Die teilzylindrische Mantelfläche des Kugelkopfes 15, die eine Abflachung 35 bildet, besitzt einen Durchmesser "d4", der den Kugelkopfdurchmesser "d3" unterschreitet. Bedingt durch die axiale Erstreckung der Vorsprünge 27, 28 bis in die Zone der Abflachung 35 in Verbindung mit der bis an die Mantelfläche des Kolbenstangenhalses 31 reichenden Schnappnasen 29, 30 ergibt sich eine Überdeckung, die der Durchmesserdifferenz von D4 – D2 entspricht. Durch Versuche konnte ein Überdeckungsgrad von 5 % bis 30 % als praxisgerecht bestimmt werden.
In 4 ist in einer Ansicht die Halteschale 11 abgebildet, die in dem von der Ausnehmung 14 abgewandten Bereich mit Bohrungen 36 und angespritzten Passstiften 38 versehen ist, die mit einem übereinstimmenden axialen Abstand zu einer Längsachse 37 jeweils paarweise gegenüberliegend eingebracht sind. Dabei sind die zwei Passstifte 38 so angeordnet, dass diese im eingebauten Zustand in entsprechende Bohrungen der zugehörigen Halteschale 10 eingepasst sind zur Lagefixierung beider Halteschalen 10, 11. Diese Bohrungsanordnung ermöglicht eine spiegelsymmetrische Gestaltung der Halteschalen 10, 11, wodurch nur eine Halteschalenausbildung erforderlich ist. Diese Abbildung zeigt außerdem einen im Bereich der Ausnehmung 14 eingebrachten Längsschlitz 39, durch den dieser stirnseitige Bereich der Halteschale 11 in mehrere Segmente 28 aufgeteilt ist.
Die Seitenansicht, die 5, verdeutlicht den Aufbau der Halteschale 11, deren Aufbau übereinstimmt mit dem der Halteschale 10, und zeigt das halbrunde Querschnittsprofil, das eine rechtwinkelig zueinander angeordnete Steganordnung aufweist. Einem Quersteg 41, der beidseitig an der Innenwandung der Kolbenschafthülse 9 anliegt, ist ein Längssteg 40 zugeordnet, der über sein freies Ende an der Kolbenschafthülse 9 geführt ist. Diese Steganordnung bildet Freiräume 42, die sich vorteilhaft auf die Herstellung der Halteschale 10, 11 durch ein Kunststoffspritzverfahren, d. h. den Spritzzyklus auswirken, und wodurch eine Materialanhäufung vermieden werden kann.
Die 6 zeigt die Halteschale 11 im Längsschnitt und zeigt, dass die Halteschale 11 im Bereich der kugelförmigen Ausnehmung 14 den Zylinderraum der Kugelschafthülse 9 weitestgehend ausfüllend gestaltet ist. Davon ausgenommen ist lediglich die Freistellung 32, die radial umlaufend im vorderen Bereich der Halteschale 11 vorgesehen ist. Weiterhin ist der Längsschlitz 39 sichtbar, der von der Mitte der Ausnehmung 14 ausgehend bis zur Stirnseite der Halte schale 11 reicht. Aus der Draufsicht, 7, sind die Übergangszonen zwischen den Stegen, dem Längssteg 40 und dem Quersteg 41 zu dem vollzylindrischen Abschnitt im Bereich der Ausnehmung 14 verdeutlicht. Außerdem ist eine Aufteilung des stirnseitigen Endes der Halteschale 11 entnehmbar, das umfangs verteilt Segmente 28 aufweist, die durch Längsschlitze 39 voneinander getrennt sind. Bezugszeichenliste:

Claims

Geberzylinder (1) für eine hydraulisch betätigte Kupplung oder Bremse in Fahrzeuge umfassend ein Gehäuse (2), in dem ein Kolben (6) axial verschiebbar ist, wobei der Kolben (6) eine spanlos geformte, einen geschlossenen Boden (8) aufweisende Kolbenschafthülse (9) umfasst, deren Innenraum von zumindest zwei Halteschalen (10, 11) spielfrei ausgefüllt ist, wobei die Halteschalen (10, 11) am pedalseitigen Ende der Kolbenschafthülse (9) eine kugelförmige, jeweils der Form einer Pfanne entsprechende Ausnehmung (13, 14) bilden, in die ein Kugelkopf (15) einer Kolbenstange (16) verschnappt und kraftformschlüssig gehalten ist, die eine Verbindung zu einem manuell zu betätigenden Pedal herstellt, und zur Lagefixierung der Halteschalen (10, 11) in der Kolbenschafthülse (9) diese pedalseitig eine radial nach innen gerichtete umlaufende Bördelung (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Kolbenstange (16) eine vormontierbare Einheit bildenden Halteschalen (10, 11) jeweils einstückig mit einer übereinstimmenden Anzahl von Passstiften (38) und Bohrungen (36) versehen sind, die zueinander spiegelsymmetrisch angeordnet sind , wobei die beide Halteschalen (10, 11) umschließende Kolbenschafthülse (9) an dem von der Kolbenstange (16) abgewandten Ende mit zumindest einer spanlos in eine Mantelfläche der Kolbenschafthülse (9) eingebrachten Schnüffelnut (24) versehen ist.
Geberzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Passstift (38) und die zugehörige Bohrung (36) der Halteschalen (10, 11) an den von der Ausnehmung (13, 14) für den Kugelkopf (15) abgewandten Enden in die Halteschalen (10, 11) angeordnet sind.
Geberzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteschalen (10, 11) über eine stirnseitig oder seitlich an ihrer Mantelfläche angebrachte Schwimmhaut verbunden sind.
Geberzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (13, 14) der Halteschalen (10, 11) jeweils eine Schnappnase (29, 30) bilden, deren radialer Überdeckungsgrad zu dem Kugelkopf (15) von 5 % bis 30 % beträgt und die Schnappnasen (29, 30) pedalseitig eine umlaufende Fase (33) aufweisen sowie gegenseitig zur Ausnehmung (13, 14) gerichtet zur Bildung eines Hinterschnittes (34) scharfkantig geformt sind.
Geberzylinder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Maß der axialen Erstreckung „L2" der Schnüffelnut (24), das in der Ruhestellung bzw. Lösestellung des Kolbens (6) ein Maß „L1" überdeckt, welches eine Beabstandung einer Dichtlippenanlage einer Primärdichtung (17) bis zum Boden (8) bestimmt.
Geberzylinder nach A1nspruch 1, gekennzeichnet durch gerundete Übergänge zur Mantelfläche an der Kolbenschafthülse (9) im Bereich der Schnüffelnut (24).
Geberzylinder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Oberflächenbehandlung und/oder -beschichtung der Mantelfläche der Kolbenschafthülse (9).