DE19653270B4

DE19653270B4 - Geberzylinder für hydraulische Betätigungssysteme

Info

Publication number: DE19653270B4
Application number: DE19653270A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Rieß (FH)
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2016-12-21
Also published as: GB2320750B; FR2757577A1; GB9726553D0; DE19653270A1; ES2157705A1; FR2757577B1; ES2157705B1; GB2320750A

Abstract

Geberzylinder für hydraulische Betätigungssysteme insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit
– einem in einem Gehäuse (1) ausgebildeten Kolbenraum (16), der von einem axial verschiebbaren Kolben (5) begrenzt wird,
einem in den Kolbenraum (16) mündenden Druckanschluss (18), – einem Zulaufkanal (14) zur Herstellung einer Fluidverbindung des Kolbenraums (16) mit einem Nachlaufbehälter (11),
– einem über den Kolben (5) betätigbaren Schließelement (15), das die Fluidverbindung zwischen dem Nachlaufbehälter (11) und dem Kolbenraum (16) verschließt, solange in diesem Druck aufgebaut wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (5) hülsenförmig ausgebildet ist und die Abdichtung zwischen dem Kolben (5) und dem Gehäuse (1) durch nur einen Nutring (10) erfolgt, der auf der dem Kolbenraum (16) abgewandten Seite der Einmündung des Zulaufkanals (14) am Gehäuse (1) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Geberzylinder für hydraulische Betätigungssysteme insbesondere in Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Geberzylinder sind beispielsweise aus der DE 31 11 411 C2 und der DE 44 04 859 A1 bekannt. Sie dienen als Hauptzylinder zur Betätigung hydraulischer Bremsen oder Kupplungen. Damit im Kolbenraum ein Volumenausgleich der Hydraulikflüssigkeit stattfinden kann, der beispielsweise durch Temperaturschwankungen oder durch Verschleiß an den Betätigungsorganen (Brems- oder Kupplungsbeläge) notwendig wird, ist der im Geberzylinder ausgebildete Kolbenraum mit einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Nachlaufbehälter verbunden. Damit im Kolbenraum Druck aufgebaut werden kann, muss in der Druckaufbauphase der Nachlaufbehälter vom Kolbenraum abgetrennt werden. Die bekannten Geberzylinder sind hierzu mit einem Primär- und einem Sekundärraum versehen. Der Primärraum dient zum Druckaufbau, der Sekundärraum ist während der Druckaufbauphase mit dem Nachlaufbehälter verbunden. Der Sekundärraum wird durch einen Ringspalt zwischen Kolben und Gehäusewand ausgebildet, der in axialer Richtung durch zwei am Kolben angeordnete Dichtungen begrenzt wird. Wird der Kolben zum Druckaufbau betätigt, fährt die vordere Kolbendichtung über die die Verbindung zwischen Kolbenraum und Nachlaufbehälter herstellende Schnüffelbohrung hinweg und trennt diese somit vom Primärraum ab.
Die DE 44 05 581 A1 offenbart einen weiteren solchen Geberzylinder, wobei der Primärraum durch eine am Kolben angeordnete Dichtung und der Sekundärraum jedoch durch eine ortsfeste, im Gehäuse angeordnete Dichtung abgedichtet wird.
Mit der GB 392,933 ist ein gattungsgemäßer Geberzylinder bekannt geworden, der zwei in Reihe angeordnete Kolben mit je einer Kolbendichtung, einen Primärraum und einen zwischen den Dichtungen befindlichen Sekundärraum aufweist. In dem den Kolbenraum mit dem Nachlaufbehälter verbindenden Fluidkanal ist dabei zusätzlich ein Schließelement angeordnet, dessen Stößel in den Sekundärraum hineinragt und bei einer Kolbenbewegung mittels einer am Kolben ausgeführten Radialstufe betätigt werden kann, was die Freigabe oder das Verschließen des Fluidkanals zur Folge hat.
Die beschriebenen Geberzylinder bauen aufgrund des notwendigen Sekundärraumes recht lang. Außerdem besteht immer die Gefahr, dass die die Schnüffelbohrung überstreichende Kolbendichtung beschädigt wird, was zu einem Ausfall des Geberzylinders führen würde. An die Fertigungsqualität sind deshalb sehr hohe Anforderungen gestellt.
Ein weiterer gattungsgemäßer Geberzylinder wird in der GB 427,554 offenbart. Dieser weist ebenfalls zwei am Kolben axial beabstandete Dichtungen auf, welche mit dem Kolbenraum zusammenwirken. Der Kolben umfasst weiter eine sich axial innerhalb des Druckraums erstreckende Steuerstange zur Ansteuerung eines im Endbereich des Zylinders in den Druckraum hineinragenden Ventils, welches einen an dieser Stelle einmündenden Kanal zu einem Fluidvorratsbehälter beim Druckaufbau im Zylinder absperren kann. Der Geberzylinder umfasst zur Aufnahme zumindest eines Teils der Steuerstange einen speziell dafür endseitig angeordneten Aufnahmeraum.
Dieser Geberzylinder beansprucht ebenfalls einen erheblichen Bauraum, da der Zylinder etwa um die Ausdehnung der Steuerstange verlängert werden muss.
Die zunehmende Fahrzeugoptimierung bei gleichzeitiger Zunahme an Ausstattungselementen eines Kraftfahrzeuges bringt es mit sich, dass im Motorraum für die einzelnen Bauelemente immer weniger Platz zur Verfügung steht. An alle Bauteile wird daher die Anforderung einer möglichst kompakten Bauweise gestellt.
Von dieser Problemstellung ausgehend, soll ein möglichst kompakter und zugleich konstruktiv einfach gehaltener Geberzylinder der eingangs genannten Art bereitgestellt werden.
Zur Problemlösung zeichnet sich ein gattungsgemäßer Geberzylinder dadurch aus, dass der Kolben hülsenförmig ausgebildet ist und die Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse durch nur einen Nutring erfolgt, der auf der dem Kolbenraum abgewandten Seite der Einmündung des Zulaufkanals am Gehäuse angeordnet ist.
Durch diese Ausgestaltung entfällt der bisher notwendige Sekundärraum im Geberzylinder. Hierdurch kann die Baulänge nicht nur deutlich reduziert werden, sondern es erübrigt sich auch die bisher verwendete zweite Dichtung. Dadurch können nicht nur die Reibkräfte reduziert werden, was zu einer geringeren notwendigen Verschiebekraft führt, sondern es wird auch eine mögliche Geräuschquelle eliminiert. Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass der Kolben keiner Modifizierung bedarf und unmittelbar mit dem Schließelement zusammenwirken kann.
Vorzugsweise ist das Schließelement ein in dem im Gehäuse ausgebildeten Zulaufkanal angeordneter Stößel, der in der geöffneten Stellung in den Kolbenraum hineinragt und in der geschlossenen Stellung auf einen Dichtring einwirkt. Über diesen Dichtring erfolgt die Abtrennung des Zulaufkanals. Der Stößel ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt. Dadurch kann nicht nur das Gewicht reduziert werden, sondern es wird auch eine Beschädigung des Kolbens, der bei der Betätigung gegen den Stößel anläuft und diesen in radialer Richtung in den Zulaufkanal hineindrückt, vermieden. Der Stößel übernimmt die Funktion eines Steuerkolbens.
Der den Zulaufkanal verschließende Dichtring weist vorzugsweise zwei im Querschnitt kreisringförmige Bereiche auf, und der radial äußere Bereich ist mit einer Mehrzahl von in beide Richtungen axial hervorspringender Rippen versehen. Durch diese Rippen werden Kanäle ausgebildet, die den Zulauf der Hydraulikflüssigkeit vom Nachlaufbehälter in den Kolbenraum sicherstellen, wenn der Stößel in seiner geöffneten Stellung ist. Dadurch kann die Fertigungstoleranz sehr niedrig gehalten werden. Der Axialspalt zwischen Stößel und dem Dichtsitz kann entsprechend klein ausgeführt sein, so daß der Stößel nur kurze Hübe ausführen muß, um von der geöffneten in die geschlossene Stellung zu gelangen.
Vorzugsweise sind die Rippen über den Umfang des radial äußeren Bereichs regelmäßig verteilt angeordnet.
Um eine sichere Betätigung und ein Verkanten des Stößels zu vermeiden, ist sein in den Kolbenraum ragendes Ende vorzugsweise ballig ausgebildet.
Der Stößel ist im Querschnitt vorzugsweise T-förmig ausgebildet und weist insbesondere vorzugsweise wenigstens eine radial außen liegende Axialbohrung oder in axialer Richtung verlaufende Nut auf, über die eine Verbindung zwischen dem Nachlaufbehälter und dem Kolbenraum herstellbar ist. Durch diese Ausbildung kann der Stößel paßgenau in den Verbindungskanal eingesetzt werden, so daß eine radiale Abstützung immer gewährleistet ist und ein Verkanten des Stößels beim Anheben durch den Kolben vermieden wird. Je mehr Bohrungen oder Axialnuten vorgesehen sind, umso schneller kann ein Volumenausgleich stattfinden.
Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:
1 – einen Geberzylinder im Querschnitt;
2 – den Axialschnitt durch das Dichtelement;
2a – die Draufsicht auf das Dichtelement nach 2.
Der Geberzylinder besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 1, dem darin axial beweglich angeordneten Kolben 5, dem mit dem Kolbenraum 16 über einen Kanal 17 verbundenen Druckanschluß 18 sowie dem über einen Kanal 14 und einen Anschluß 12 mit dem Druckraum verbundenen Nachlaufbehälter 11.
Der Kolben 5 ist hülsenförmig ausgebildet. Die Kolbenstange 7 ist mit ihrem vorderen Ende im Inneren des Kolbens 5 in radialer Richtung beweglich gelagert, so daß sie geringe Schwenkbewegungen ausführen kann. Zwischen dem Kolbenboden und der Kolbenstange 7 ist ein Schwingungsdämpfer 9 angeordnet. Über ein Gummielement 8, das von einer Klemmhülse 6 gegen den hier nicht näher bezeichneten Stößel der Kolbenstange 7 gepreßt wird, stützt sich die Kolbenstange 7 an dem Schwingungsdämpfer 9 ab und wird der Schwingungsdämpfer 9 unter Vorspannung gesetzt. Der Kolben 5 wiederum ist in der Führungshülse 4 gelagert, die in bekannter Weise mit ihren über den Umfang verteilten Nasen 4a in im Gehäuse 1 vorgesehene Ausnehmungen 3 eingeschnappt ist. Die Abdichtung zwischen Kolben 5 und Gehäuse 1 erfolgt über einen Nutring 10.
Das Gehäuse 1 ist mit einem radialen Fortsatz versehen, an dessen Ende der Anschluß 12, der mit dem Nachlaufbehälter 11 verbunden ist, angebracht ist. Der Anschluß 12 ist mit einer zentralen Bohrung 12a versehen, die in den Zulaufkanal 14 im Fortsatz des Gehäuses 1 mündet. Der als Stufenbohrung ausgebildete Zulaufkanal 14 endet im Kolbenraum 16.
In den Zulaufkanal 14 ist ein im Querschnitt T-förmiger Stößel 15 eingesetzt, dessen ballig ausgeführtes Ende in den Kolbenraum 16 hineinragt. Auf der dem Stößel 15 zugewandten Seite ist der Anschluß 12 mit einer axialen Eindrehung versehen, so daß sich die Bohrung 12a stufenförmig erweitert, wobei die Erweiterung im Durchmesser in etwa dem größeren Durchmesser des Zulaufkanals 14 entspricht. In diesem verbreiterten Bereich ist ein Dichtring 13 eingesetzt. Der Stößel 15 weist in seiner radial äußeren Umfangsfläche mehrere in axialer (bzw. an dem Schenkel in radialer Richtung verlaufende) Bohrungen oder Nuten auf, die Kanäle 15a bilden.
Der Dichtring 13 weist zwei im Querschnitt ringförmige Bereiche 13b, 13c auf, die über einen scheibenförmigen Steg 13d miteinander verbunden sind. Der radial innere Bereich 13b ist stärker ausgebildet als der radial äußere Bereich 13c. Über den Umfang regelmäßig verteilt ist der radial äußere Bereich 13c mit einer Mehrzahl von Rippen 13a versehen, die sich in beide Axialrichtungen erstrecken. Diese Rippen liegen in der geöffneten Stellung des Stößels 15 auf der oberen Fläche des Stößels 15 und der Anschlagfläche 12b in Anschluß 12 an. Über die zwischen ihnen ausgebildeten Zwischenräume kann das Hydraulikmedium strömen.
In 1 ist der Geberzylinder in seiner Grundstellung dargestellt. Der Nachlaufbehälter 11 ist über die Bohrung 12a, den Zulaufkanal 14 und die Kanäle 15a im Stößel 15 mit dem Kolbenraum 16 verbunden. Bei einer Betätigung der Kolbenstange 7 schiebt sich der Kolben 5 auf der Zeichnung nach links. Dabei schiebt er den Stößel 15 in Richtung des Anschlusses 12 und preßt dabei den Dichtring 13 gegen die Anschlagfläche 12b. Die Bohrung 12a wird dabei gegenüber dem Zulaufkanal 14 abgeschlossen, so daß der Nachlaufbehälter 11 vom Kolbenraum 16 getrennt wird. Im Kolbenraum 16 kann sich nun bei weiterer Bewegung des Kolbens 5 Druck aufbauen, der über den Kanal 17 an den hier nicht näher dargestellten, mit dem Druckanschluß 18 verbundenen Nehmerzylinder gelangt. Bei Entlastung der Kolbenstange 7 fährt der Kolben 5 wieder zurück. Wenn der Kolben 5 den Stößel 15 freigibt, federt der Dichtring 13 aufgrund seiner durch das Material gegebenen Elastizität zurück und schiebt den Stößel 15 in den Kolbenraum 16, wodurch die Verbindung zum Nachlaufbehälter 11 wieder hergestellt ist.
Zur Erhöhung der Funktionssicherheit ist es vorteilhaft, wenn der Geberzylinder im Fahrzeug so eingebaut ist, daß das Öffnen des Stößels 15 von der Gravitationskraft unterstützt wird.

1: Gehäuse
3: Ausnehmung
4: Führungshülse
4a: Nase
5: Kolben
6: Klemmhülse
7: Kolbenstange
8: Gummielement
9: Schwingungsdämpfer
10: Nutring
11: Nachlaufbehälter
12: Anschluß
12a: Bohrung/Nut/Kanal
12b: Anschlagfläche
13: Dichtring
13a: axiale Rippe
13b: ringförmiger Bereich
13c: ringförmiger Bereich
13d: Steg
14: Zulaufkanal
15: Schließelement/Stößel
16: Kolbenraum
17: Kanal
18: Druckanschluß

Claims

Geberzylinder für hydraulische Betätigungssysteme insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit – einem in einem Gehäuse (1) ausgebildeten Kolbenraum (16), der von einem axial verschiebbaren Kolben (5) begrenzt wird, einem in den Kolbenraum (16) mündenden Druckanschluss (18), – einem Zulaufkanal (14) zur Herstellung einer Fluidverbindung des Kolbenraums (16) mit einem Nachlaufbehälter (11), – einem über den Kolben (5) betätigbaren Schließelement (15), das die Fluidverbindung zwischen dem Nachlaufbehälter (11) und dem Kolbenraum (16) verschließt, solange in diesem Druck aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) hülsenförmig ausgebildet ist und die Abdichtung zwischen dem Kolben (5) und dem Gehäuse (1) durch nur einen Nutring (10) erfolgt, der auf der dem Kolbenraum (16) abgewandten Seite der Einmündung des Zulaufkanals (14) am Gehäuse (1) angeordnet ist.
Geberzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (15) ein in dem Zulaufkanal (14) angeordneter Stößel ist, der in der geöffneten Stellung in den Kolbenraum (16) hineinragt und in der geschlossenen Stellung auf einen Dichtring (13) wirkt.
Geberzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (13) zwei im Querschnitt kreisringförmige Bereiche (13b, 13c) aufweist und der radial äußere Bereich (13c) mit einer Mehrzahl von in beiden Richtungen axial hervorspringender Rippen (13a) versehen ist.
Geberzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (13a) über den Umfang regelmäßig verteilt angeordnet sind.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Kolbenraum (16) ragende Ende des Stößels (15) ballig ausgebildet ist.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (15) mit wenigstens einer radial außen liegenden Axialbohrung oder axialen Nut (15a) versehen ist, über die eine Verbindung zwischen Nachlaufbehälter (11) und Kolbenraum (16) herstellbar ist.
Geberzylinder nach einem der Ansprüche 2–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (15) im Querschnitt T-förmig ausgebildet ist.