Die Erfindung bezieht sich auf einen Geberzylinder für eine hydraulisch betä
tigte Kupplung oder Bremse von Fahrzeugen. In der Kraftfahrzeugtechnik ist
es vielfach üblich, eine Einrichtung, die durch eine Kraft zu betätigen ist, mit
tels hydraulischer Kräfte zu bedienen. Hierzu werden sogenannte Geberzylin
der benötigt, die auch als Arbeitszylinder bezeichnet werden, und die eine
mechanische Kraft in eine hydraulische Kraft umwandeln. Der Geberzylinder
ist über eine Druckleitung mit der zu betätigenden Einrichtung, beispielsweise
einen Nehmerzylinder, verbunden.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Hydraulikzylinder, insbesondere
Geberzylinder für Hydraulikanlagen von Kraftfahrzeugen, mit einem einen
Zylinderraum aufweisenden Zylindergehäuse, mit einem im Zylinderraum
dichtend geführten und axial beweglichen Kolben, der eine topfartig gestaltete,
zum Zylinderraum geschlossene Büchse aufweist, in der ein Innenkörper an
geordnet ist, der eine im wesentlichen kugelförmige Ausnehmung beinhaltet,
zur Aufnahme eines kugelförmigen Kopfes, wobei der Kopf einstückig mit einer
aus dem Zylindergehäuse herausragenden verschwenkbaren Kolbenstange
verbunden ist.
Der Arbeitszylinder umfaßt ein aus Kunststoff hergestelltes Gehäuse, das
einen zylindrisch als - beispielsweise mittels einer Bohrung hergestelltes -
Sackloch gestalteten Druckraum umfaßt. Der Druckraum ist mit einem Zu
laufanschluß und einem Druckanschluß verbunden und dient zur Aufnahme
eines axial verschiebbar eingesetzten Kolbens. Axial versetzt zum Druckraum
ist im Gehäuse eine Führungshülse eingebracht, die den Kolben in einer Neu
tralstellung umschließt. Am Kolben ist eine schwenkbar angelenkte Kolben
stange angeordnet, die eine Verbindung zu einer manuell zu betätigenden
Pedalvorrichtung herstellt.
Aus der DE 38 16 608 A1 ist ein Arbeitszylinder der eingangs genannten Bau
art bekannt. In das Gehäuse dieses bekannten Arbeitszylinders ist eine kurze
Führungshülse eingesetzt, deren Länge weniger als 30% der Längserstrec
kung des Kolbens beträgt. Zur weiteren Abstützung des Kolbens in der Neu
trallage ist der bekannte Arbeitszylinder zusätzlich mit einem als Blechtopf
bezeichneten zusätzlichen Halteelement versehen, das den Kolben außen
umschließt. Zur Abdichtung des Kolbens bzw. der Führungshülse umfaßt der
bekannte Arbeitszylinder insgesamt drei Dichtungen. Eine Primärdichtung ist
außenseitig in das Gehäuse eingepaßt, wobei deren radial innere Dichtlippe
dichtend an der Mantelfläche des Kolbens anliegt. Der Primärdichtung ist in
Richtung der Führungshülse eine Scheibe vorangestellt, die zum Dichtungs
rücken der Primärdichtung zeigend mit radialen umfangsverteilten Kanälen
versehen ist. Über diese Kanäle kann in der Neutrallage des Kolbens und bei
einem Druckgefälle zwischen dem Reservoir und dem Druckraum des Arbeits
zylinders Druckmittel nachströmen.
Von dem Zulaufanschluß ausgehend, besteht eine Strömungsverbindung über
einen Ringspalt, gebildet durch einen radial abgesetzten Abschnitt der Füh
rungshülse, der sich bis zum Dichtungsrücken der Primärdichtung erstreckt
und an den sich ein radialer Kanal der Zwischenscheibe anschließt, bevor das
Druckmittel über axiale Aussparungen des Kolbens in den Druckraum einströ
men kann. Da die radialen Kanäle der Scheibe mit den axialen Aussparungen
des Kolbens korrespondieren, ist ein lageorientierter Einbau der Scheibe
zwingend erforderlich. Eine Fehlmontage der Scheibe, bei der die radialen
Kanäle in Richtung der Führungshülse ausgerichtet sind, verhindert ein
selbsttätiges Nachströmen von Druckmittel aus dem Reservoir über den Zu
laufanschluß. Als Sekundärdichtung dient eine stirnseitig in der Führungshülse
eingesetzte Nutringdichtung, deren innere Dichtlippe dichtend am Kolben
abgestützt ist. Weiterhin ist zur Abdichtung eines Ringspaltes zwischen der
Führungshülse und der Gehäusewandung ein Dichtring vorgesehen, der in
eine Ringnut der Führungshülse eingelegt ist und dichtend an der Gehäuse
wandung anliegt.
Ein Hydraulikzylinder der zuvor genannten Bauart ist weiterhin aus der DE 196 20 580 A1
bekannt. Dieser als Geberzylinder gestaltete Hydraulikzylinder
umfaßt einen mehrteilig aufgebauten Kolben. In eine topfartig gestaltete, zum
Druckraum geschlossene Büchse ist ein Innenkörper eingesetzt, der eine
kalottenartige bzw. kugelförmige Ausnehmung aufweist, zur Aufnahme eines
Kolbenstangenkopfes. Zur Festlegung des Innenkörpers ist die Büchse kol
benstangenseitig mit einem radial nach innen gerichteten Bördelbund verse
hen, der nach der Montage des Innenkörpers angeformt wird. Dieser Aufbau
umfaßt mehrere Montageschritte zur Fertigstellung des Kolbens.
Aus der DE 196 08 132 A1 ist ein Hydraulikzylinder, insbesondere Geber
zylinder für Hydraulikanlagen von Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem der Kol
ben selbst eine kugelförmige Ausnehmung aufweist, in die der kugelförmige
Kopf der Kolbenstange eingepreßt wird. Der Öffnungsbereich der kugelförmi
gen Ausnehmung weist einen Abstand zu der Kolbenwandung auf, so daß der
kugelförmige Kopf eingedrückt werden kann. Um diesen daran zu hindern, bei
Zugkräften, wenn der Kolben gegen einen Anschlag im Zylindergehäuse ge
zogen wird, die kugelförmige Ausnehmung zu verlassen, ist ein Ring vorgese
hen, der zwischen Zylinderwandung und Endbereich der Ausnehmung ge
drückt wird.
Ein derartiger Kolben ist, weil die kugelförmige Ausnehmung direkt im Kolben
eingearbeitet ist und weil zwischen Kolbenwandung und der kugelförmigen
Ausnehmung ein Ringraum hergestellt werden muß, aufwendig in der Herstel
lung. Desweiteren ist kein spielfreier Sitz des kugelförmigen Kopfes in der
Ausnehmung gewährleistet, da der eingesetzte Ring nur den Ringraum aus
füllt, aber keine Vorspannung auf die Außenwand der Ausnehmung erzeugt,
da keine Stelle vorgesehen ist, an der eine Verformung des Endbereichs der
Ausnehmung möglich wäre.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel desselben Dokuments, bei dem der
Kolben in an sich bekannter Weise als Doppelkolben für zwei Hydraulik
kreisläufe ausgebildet ist, liegt der kugelförmige Kopf nur an einer halb
kugelförmigen Ausnehmung des Kolbens an, so daß die Kolbenstange, wenn
Zug auf sie ausgeübt wird, von der Ausnehmung abhebt. Der Kolben wird
daher nur durch eine Feder im Zylinderraum in die Ausgangsstellung zurück
verschoben.
Es ist weiterhin ein Geberzylinder für Hydraulikanlagen bekannt, DE 44 05 581 A1,
bei dem tief im Kolbeninnenraum ein Lagerstück vorgesehen ist, das eine
kugelförmige Ausnehmung aufweist, in der der kugelförmige Kopf der Kolben
stange eingesetzt ist. Das Lagerstück ist dabei so tief im Kolben eingesetzt,
daß eine Demontage nicht mehr möglich ist, wenn das Lagerstück einmal in
den Kolben eingedrückt ist. Weiterhin ist auch hier die Herstellung des Kol
bens sehr aufwendig, weil der Innenraum des Kolbens einer sehr aufwendigen
Bearbeitung bedarf, zumal auch noch tief im Inneren eine Nut erforderlich ist,
in der Nasen des Lagerstücks einrasten. Desweiteren hat der Endbereich der
kugelförmigen Ausnehmung des Lagerstücks keinen definierten Bereich, in
dem er elastisch nachgeben kann, so daß auch an die Toleranzen hohe An
forderungen gestellt werden müssen.
Die Nachteile der bekannten Vorrichtung berücksichtigend, ist es Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, einen bauteiloptimierten Geberzylinder zu schaffen
mit einer wirksamen Strömungsverbindung bei einer Druckdifferenz zwischen
dem Reservoir des Druckmittels und dem Druckraum. Weiterhin soll der Ar
beitszylinder eine funktionssichere, einfache Montage ermöglichen. Eine wei
tere Aufgabe der Erfindung ist es, die Mängel der bekannten Lösungen zu ver
meiden und einen Hydraulikzylinder, insbesondere Geberzylinder zu schaffen,
der günstig in der Herstellung und Montage ist und mit geringem Aufwand
zusammengebaut werden kann. Die Einzelteile sollen komplett ohne Nachar
beit vorgefertigt werden können. Darüber hinaus soll er für eine Massenferti
gung geeignet sein.
Diese zuvor genannte Problemstellung wird erfindungsgemäß durch die im
Kennzeichnungsteil von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Danach
besitzt der erfindungsgemäße Geberzylinder eine axial aus dem Gehäuse
austretende Führungshülse, die den Kolben in einer Neutrallage vollständig
umschließt, ohne die Verwendung eines weiteren zusätzlichen Bauteils. Wei
terhin ist ein lageorientierter Einbau der Führungshülse im Gehäuse des Ge
berzylinders vorgesehen, um damit einen in der Führungshülse integrierten
Endanschlag zu ermöglichen und gleichzeitig bei der Betätigung einen Kontakt
bzw. Berührung zwischen der Kolbenstange und der Führungshülse im Be
reich des Kolbenstangenaustritts zu unterbinden. Die druckraumseitig stufen
artig gestaltete Führungshülse ermöglicht neben der Aufnahme einer Sekun
därdichtung gleichzeitig eine Zentrierung einer Distanzscheibe, die zwischen
der Primärdichtung des Geberzylinders und der Führungshülse eingesetzt ist.
Die Distanzscheibe verfügt über radial ausgerichtete Durchtritte bzw. Ausspa
rungen, die in der Einbaulage der Distanzscheibe mit dem Zulaufanschluß
korrespondieren. Aufgrund der zentrierten Einbaulage der Distanzscheibe in
der Führungshülse unterbleibt eine Fehlmontage, die ein für die Funktion des
Geberzylinders erforderliches selbsttätiges Nachströmen von Druckmittel - bei
einer Druckdifferenz zwischen dem Reservoir und dem Druckraum bzw. bei
auftretendem Vakuum im Druckraum - aus dem Reservoir über den Zulaufan
schluß in den Druckraum verhindert. Die Ausgestaltung der Distanzscheibe
sieht vor, daß sich in der Einbaulage ein Ringspalt zwischen dem Kolben und
der Innenwandung der Distanzscheibe einstellt. In der Neutrallage des Kol
bens stellt sich außerdem zwischen der radial inneren Dichtlippe der Primär
dichtung und der Mantelfläche des Kolbens ein Zuströmquerschnitt ein, der
ebenfalls für die selbsttätige Druckmittelströmung bei einem Druckgefälle
zwischen dem Druckmittelreservoir und dem Druckraum erforderlich ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der ab
hängigen Ansprüche 2 bis 9.
Zur Erreichung einer gerichteten Einbaulage ist die Distanzscheibe erfin
dungsgemäß zumindest einseitig radial so gestuft, daß der gestufte Abschnitt
in der Einbaulage in die stirnseitige Ausnehmung der Führungshülse eingreift.
Eine Fehlmontage wird durch diese Formgestaltung der Distanzscheibe wirk
sam unterbunden. Der Einbauzustand der Distanzscheibe ist auch bei einem
fertig montierten Geberzylinder bestimmbar, da ein radialer Ansatz der Füh
rungshülse nur in der richtigen Einbaulage der Distanzscheibe bündig mit
einer Stirnseite des Geberzylinders fluchtet.
Der Aufbau des Kolbens sieht vor, daß dieser eine topfartig gestaltete, zum
Druckraum geschlossene Stahlbuchse umfaßt, in die zwei Kunststoff-
Halbschalen eingepaßt sind, welche durch eine radial nach innen gerichtete
Bördelung an der geöffneten Seite der Stahlbuchse gesichert sind. Die Halb
schalen aus Kunststoff sind mit einer kalottenförmigen Ausnehmung versehen,
in der ein Kugelkopf der Kolbenstange formschlüssig gehalten ist. Zur Monta
ge der Kolbenstange im Kolben sind folgende Montageschritte vorgesehen.
Nach einem Aufweiten oder Aufspreizen der an einem Ende über ein Schar
nier verbundenen Kunststoff-Halteschalen wird der Kugelkopf der Kolbenstan
ge axial in die Kalotte der Halteschalen eingeführt. Anschließend wird die
Stahl-Kolbenbuchse auf die Halbschalen geführt und dann zur Sicherung aller
Bauteile eine stirnseitige Bördelung der Buchse vorgenommen.
Zur Erzielung einer ungehinderten Strömungsverbindung vom Zulaufanschluß,
d. h. vom Druckmittelreservior zum Druckraum in einer Neutrallage des Kol
bens, d. h. bei einem Druckgefälle zwischen dem Reservoir und dem Druck
raum ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß sich ein Ringspalt zwischen der
Primärdichtung und dem Kolben einstellt. Gemäß der Erfindung ist der Kolben
in einer Endlage soweit verlagert, daß sich ein maximales Volumen des Druck
raums einstellt. Dabei ergibt sich ein axialer Versatz des Kolbens zur radial
inneren Dichtlippe der Primärdichtung, zur Bildung eines Ringspaltes. In vor
teilhafter Weise kann damit das Druckmittel aus dem Reservoir über den Zu
laufanschluß und den radialen Ausnehmungen in der Distanzscheibe dem
Kolben zuströmen, um von dort umgelenkt in axialer Richtung durch einen
ersten Ringspalt der Distanzscheibe über den zweiten Ringspalt, der sich
zwischen der radial inneren Dichtlippe der Primärdichtung und dem Kolben
einstellt, in den Druckraum einströmen. Dieser Strömungskanal kann ebenfalls
für einen umgekehrten Druckmittelfluß vom Druckraum zum Reservoir genutzt
werden, z. B. bei einem temperaturbedingten Volumenausgleich.
Alternativ oder zusätzlich ist gemäß der Erfindung ein zum Druckraum zeigen
der Endabschnitt des Kolbens mit umfangsverteilt angeordneten, axial verlau
fenden Längsnuten versehen. Diese Längsnuten gewähren eine Druckmittel
strömung in der Neutrallage des Kolbens selbst bei einer Anlage der radial
inneren Dichtlippe der Primärdichtung am Kolben. Diese Kolbenstellung kann
sich beispielsweise bei einer ungünstigen Toleranzlage zwischen den Bautei
len in der Neutrallage des Kolbens einstellen. Die Wirksamkeit dieser Längs
nuten wird verbessert, indem diese eine Längserstreckung aufweisen, die
gleich oder größer der Wandstärke der Kolbenschafthülse ausgelegt ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Führungshülse nur in einer
gerichteten Einbaulage montierbar. Dazu eignet sich beispielsweise ein radial
nach außen gerichteter Ansatz der Führungshülse, der in eine Längsnut des
Gehäuses eingreift. Alternativ kann eine umgekehrte Anordnung vorgesehen
werden, bei der eine radial nach innen gerichtete Nase des Gehäuses in eine
Längsnut der Führungshülse eingreift. Die gerichtete Einbaulage ermöglicht
einen definierten Endanschlag für das Kupplungspedal. Außerdem ist dieser
Einbau erforderlich für die stirnseitige, als ein Längsschlitz ausgebildete Aus
nehmung bzw. Öffnung in der Führungshülse für die schwenkbeweglich ange
ordnete, aus der Führungshülse austretende Kolbenstange, damit diese bei
einer Betätigung des Arbeitszylinders nicht mit der Führungshülse in Kontakt
tritt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Führungs
hülse endseitig mit einem radial nach innen gerichteten Bord versehen, der
eine Auszugssicherung für den Kolben bildet. Damit ist im vormontierten Zu
stand des Geberzylinders der Kolben einschließlich Kolbenstange im Gehäuse
des Arbeitszylinders gesichert. Weiterhin ist im eingebauten Zustand der Pe
dalweg des Kupplungspedals entgegen der Betätigungsrichtung begrenzt.
Zur Erzielung einer dauerhaften und abgedichteten Befestigung der Füh
rungshülse im Gehäuse sind diese Bauteile unlösbar befestigt. Dazu eignet
sich insbesondere eine Vibrations- oder Ultraschallschweißung.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin dadurch gelöst, daß der Kolben eine
aus den Innenkörper und der Kolbenstange bestehende vormontierbare Ein
heit umfaßt, die in die Büchse einsetzbar ist. Bei der Montage, d. h. in der
Endlage des Innenkörpers ist dieser durch eine selbsttätig wirkende Schnapp
verbindung in der Büchse lagefixiert befestigt. Damit ergibt sich eine verein
fachte Herstellung bzw. Montage des Kolbens, aufgrund reduzierter Montage
schritte, die insbesondere für Großserien einen deutlichen Kostenvorteil bietet.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche 11 bis 22.
In einer Ausgestaltung der Büchse ist vorgesehen, daß diese an ihrem der
Kolbenstange zugewandten Ende nach innen gerichtete Vorsprünge oder
einen nach innen gerichteten umlaufenden Bord aufweist. Die Formgebung
und Ausrichtung des Bordes ist dabei so vorgesehen, daß einerseits ein un
gehindertes Einführen des Innenkörpers in die Büchse gewährleistet ist und
andererseits eine ausreichende Überdeckung zu einem elastisch ausgebilde
ten, radial vorgespannten Abschnitt des Innenkörpers besteht. Damit ist eine
dauerhafte, selbsttätige Befestigung mittels einer Schnappverbindung reali
siert, die keine Nacharbeit erfordert.
Zur Vereinfachung bzw. Verringerung der Montageschritte ist die aus Stahl
blech durch ein Tiefziehverfahren hergestellte Büchse einschließlich der Borde
vorgefertigt. Folglich entfällt im Vergleich zu bisherigen Kolben ein nach der
Montage des Innenkörpers abschließendes Bördeln des Bordes an dem der
Innenkörper festgelegt ist.
Zur besseren Montage weist dabei die Büchse an ihrem der Kolbenstange
zugewandten Ende einen Bereich auf, der einen größeren Innendurchmesser
aufweist.
In vorteilhafter Weise weist der Innenkörper in Richtung der Kolbenstange
über die kugelförmige Ausnehmung hinaus eine Hülse auf, die vorzugsweise
einstückig mit dem Innenkörper hergestellt ist und am Außenumfang Erhebun
gen oder eine Ringschulter aufweist, mit denen der Innenkörper mit den Vor
sprüngen oder dem Bord der Hülse in Wirkverbindung gebracht werden kann.
Die Erhebungen oder die Ringschulter weisen dabei kegelförmige geneigte
Flächen oder eine kegelförmig geneigte Ringfläche auf, die mit der Längsach
se des Kolbens einen stumpfen, in Richtung der kugelförmigen Ausnehmung
geneigten Winkel bilden und den Vorsprüngen oder dem Rand als Anlageflä
chen dienen. Durch diese kegelförmigen Flächen bzw. Ringfläche kann eine
Spannkraft erzeugt werden, die eine Axialkomponente aufweist, um den In
nenkörper fest zu verspannen, und eine Radialkomponente, die die Hülse und
damit den kugelförmigen Kopf in der Ausnehmung festhält.
Der Außenumfang der Erhebungen oder der Ringschulter hat eine oder meh
rere kegelstumpfförmige Mantelflächen, die sich in Richtung der kugelförmigen
Ausnehmung verjüngen und mit der Längsachse des Kolbens einen spitzen
Winkel bilden. Dadurch kann der Innenkörper in vorteilhafter Weise durch die
Vorsprünge oder den umlaufenden Bord hindurchgedrückt werden, ohne daß
eine abrupte Verformung nötig wäre.
Weiterhin ist zwischen den Erhebungen oder der Ringschulter und der kugel
förmigen Ausnehmung am Außenumfang des Innenkörpers eine Einschnürung
vorgesehen, so daß ein Bereich geschaffen wird, in dem eine elastische Ver
formung möglich ist. Dadurch ist eine einfache Montage gewährleistet und es
kann auf Dauer eine gewisse radiale Spannkraft auf die Erhebungen oder die
Ringschulter ausgeübt werden, ohne das der kugelförmige Kopf in der kugel
förmigen Ausnehmung verklemmt. Trotzdem ist ein fester Sitz des kugelförmi
gen Kopfes gewährleistet. Ähnlich wirkt auch die Maßnahme, daß die kugel
förmige Ausnehmung auf der der Hülse zugewandten Hälfte zumindest einen
Bereich aufweist, der einen größeren Radius hat als der Radius der anderen
Hälfte. Dadurch kann auch der Bereich der kugelförmigen Ausnehmung fe
dern, so daß ein leichteres Einführen des kugelförmigen Kopfes in die Aus
nehmung gewährleistet ist und trotzdem nach fertiger Montage ein spielfreier
Sitz sichergestellt ist.
Besonders günstig läßt sich der Innenkörper herstellen und montieren, wenn
er aus zwei Halbschalen besteht, die formgleich ausgeführt sind und eine
Teilungsebene aufweisen, die durch die Mittellängsachse des Kolbens ver
läuft. Die Halbschalen haben dabei zumindest einen bolzenartigen Vorsprung,
der in eine Öffnung der Gegenschale eingedrückt werden kann, so daß nach
Einsetzen des kugelförmigen Kopfes die Halbschalen aneinander befestigt
werden, da bei einem Bolzen und einer Öffnung pro Halbschale insgesamt
eine Doppelverbindung entsteht.
Wenn die Hülse auf der den Erhebungen bzw. der Ringschulter abgewandten
Seite der kugelförmigen Ausnehmung zumindest ein Verlängerungselement
oder auch einen Verlängerungsrand aufweist, dann kann dieser in Verbindung
mit einem Anschlag an dem Zylindergehäuse den Endanschlag für den Kolben
bilden, ohne daß die Vorsprünge oder der umlaufende Rand an der Hülse in
Verbindung mit den geneigten Flächen oder der kegelförmigen Ringfläche
schlagartig belastet werden.
Nachstehend wird die Erfindung in der Beschreibung anhand der Fig. 1 bis
5 näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Geber
zylinder;
Fig. 2 in einer Einzelteilzeichnung die erfindungsgemäße Di
stanzscheibe, die in der Einbaulage zwischen der Primär
dichtung und der Führungshülse eingesetzt ist;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Hydraulikzylinder, inbe
sondere Geberzylinder für Hydraulikanlagen von Kraftfahr
zeugen;
Fig. 4 einen Schnitt entsprechend Fig. 3 durch den Kolben des
Hydraulikzylinders
und
Fig. 5 einen Schnitt durch eine Halbschale des Innenkörpers des
Kolbens.
In Fig. 1 ist ein aus Kunststoff hergestellter Geberzylinder 1 in einem Längs
schnitt abgebildet. Der Arbeitszylinder 1 umfaßt ein Gehäuse 2 mit einer wei
testgehend zylindrischen, radial gestuften Aufnahme 3, die auch als eine
Sacklochbohrung zu bezeichnen ist. Ein erster Abschnitt der Aufnahme 3 mit
dem kleinsten Innendurchmesser dient zur Führung eines Kolbens 4. In dem
Abschnitt der Aufnahme 3 mit dem größten Innendurchmesser ist eine Füh
rungshülse 5 eingesetzt. Zwischen den beiden Abschnitten der Aufnahme 3
stellt sich eine als Stufensprung 6 bezeichnete radiale Stufe ein, deren Maß
übereinstimmt mit einer Wandstärke der Führungshülse 5. Damit ergibt sich
ein übereinstimmender Innendurchmesser zwischen der Führungshülse 5 und
dem kleinsten Durchmesserbereich der Aufnahme 3. Diese Übereinstimmung
gewährleistet eine exakte Führung des Kolbens 4 unabhängig von dessen
Lageposition im Gehäuse 2. Zur Befestigung des Gehäuses 2 ist dieses mit
zwei Befestigungslaschen 7 versehen, deren Bohrungen zur Aufnahme von
Schrauben dienen, mit denen das Gehäuse 2 beispielsweise an einer Pedal
vorrichtung befestigt werden kann. Weiterhin verfügt das Gehäuse 2 über
einen Zulaufanschluß 8, der mit einem Druckmittelreservoir in Verbindung
steht sowie über einem Druckanschluß 9 an dem eine Druckleitung anschließ
bar ist.
Der Bereich kleinsten Durchmessers der Aufnahme 3 bildet den Druckraum
10, der von den Wandungen des Gehäuses 2 und in einer Richtung axial von
der Stirnseite des Kolbens 4 begrenzt ist. Zur Abdichtung des Kolbens 4 um
faßt der Geberzylinder 1 eine Primärdichtung 11 sowie eine Sekundärdichtung
12, die jeweils als Nutringdichtung gestaltet sind. Die Primärdichtung 11 ist
außenseitig in einem zum Druckraum 10 radial gestuften Bereich an der In
nenwandung des Gehäuses 2 geführt. Bei betätigtem Geberzylinder 1 liegt die
radial innere Dichtlippe 13 der Primärdichtung 11 dichtend an einer Mantelflä
che 14 des Kolbens 4 an. Der Dichtungsrücken 15 der Primärdichtung 11
stützt sich an einer Distanzscheibe 16 ab, die in axialer Richtung, d. h. in
Richtung der Führungshülse 5 zeigend, gezahnt gestaltet ist. Dadurch erge
ben sich radiale Durchtritte 17, deren Lage mit dem Zulaufanschluß 8 korre
spondiert. Der verzahnte Abschnitt der Distanzscheibe 16 bildet weiterhin
einen axial vorspringenden Ansatz 18, der in einer stirnseitigen Ausnehmung
19 der Führungshülse 5 zentriert ist. Axial versetzt zum Ansatz 18 dient die
Ausnehmung 19 der Führungshülse 5 weiterhin zur Aufnahme der Sekundär
dichtung 12, deren Dichtungsrücken 20 sich an einer Schulter 21 der Füh
rungshülse 5 abstützt.
Die Stellung des Kolbens 4 gemäß Fig. 1 entspricht einer Neutrallage, die
sich bei eingerückter Schalttrennkupplung einstellt. In dieser Kolbenposition
entspricht der sich im Druckraum 10 einstellende Druck weitestgehend dem
atmosphärischen Druck. Aufgrund einer axial versetzten Lage zwischen der
radial inneren Dichtlippe 13 der Primärdichtung 11 und dem Kolben 4 stellt
sich ein Ringspalt 22 zwischen diesen Bauteilen ein. Damit kann bei Bedarf, d. h. bei einem erforderlichen Druckmittelausgleich das Druckmittel vom Zu
laufanschluß 8 über den Durchtritt 17 der Distanzscheibe 16 und einem
Ringspalt 23, - die sich zwischen der Mantelfläche 14 des Kolbens 4 und der
Innenwandung der Distanzscheibe 16 einstellt -, in Richtung der Primärdich
tung 11 strömen und gelangt über den Ringspalt 22 in den Druckraum 10.
Zusätzlich oder alternativ zu dem zuvor beschriebenen Ringspalt 22 schließt
die Erfindung im Kolben 4 eingebrachte Längsnuten 24 ein. Diese in einem
definierten Längenbereich umfangsseitig im Kolben 4 eingebrachten Längs
nuten 24 ermöglichen ebenfalls ein ungehindertes Nachströmen eines Druck
mittels vom Reservoir in den Druckraum 10. Für das Längenmaß der Längs
nuten 24 bietet es sich an, diese gleich oder größer einer Wandstärke der
Kolbenschafthülse 25 vorzusehen.
Für die Führungshülse 5 ist eine gerichtete Einbaulage vorgesehen. Dazu ist
in der Führungshülse 5 eine Längsnut 35 eingebracht, in die ein radial nach
außen gerichteter Ansatz 35 des Gehäuses 2 eingepaßt ist. In der in Fig. 1
abgebildeten Neutrallage des Kolbens 4 ist dieser weitestgehend von der
Führungshülse 5 umschlossen. Dazu ist die Führungshülse 5 mit einem An
satz 33 versehen, der axial an dem Gehäuse 2 austritt.
Der Kolben 4 ist mehrteilig aufgebaut und umfaßt zwei aus Kunststoff herge
stellte Halteschalen 26a, 26b, die von einer aus Stahl hergestellten Kolben
schafthülse 25 umschlossen sind. An dem vom Druckraum 10 abgewandten
Ende bilden die Halteschalen 26a, 26b eine kalottenförmige Aufnahme 27, in
der formschlüssig ein Kugelkopf 28 der Kolbenstange 29 gehalten ist. Zur
Bildung einer Auszugssicherung für den Kolben 4 bildet die Führungshülse 5
stirnseitig einen radial nach innen gerichteten Bord 30.
Die Fig. 2 zeigt in einer Einzelteilzeichnung die vorzugsweise aus Kunststoff
hergestellte Distanzscheibe 16 in einer 3-D-Ansicht. Als Scheibenrücken dient
eine Ringscheibe 31, an die sich in einer Richtung axial ausgerichtete Stege
32 bzw. Vorsprünge anschließen. Dabei sind die Stege 32 über den Umfang
symmetrisch angeordnet und bilden radial ausgerichtete Durchtritte 17. Die
Fig. 2 verdeutlicht weiterhin die radiale Stufung der Stege 32 zur Bildung
eines Ansatzes 18, mit dem die Distanzscheibe 16 in der Ausnehmung 19 der
Führungshülse 5 in der Einbaulage zentriert ist.
In den Fig. 3 bis 5 ist, soweit im einzelnen dargestellt, mit 101 ein Hydrau
likzylinder bezeichnet, der ein Zylindergehäuse 102 mit einem Zylinderraum
103 aufweist. Innerhalb des Zylinderraums 103 ist ein Kolben 104 axial be
weglich gelagert und mittels Dichtungen 105, die im Zylindergehäuse 103
eingesetzt sind, abgedichtet. Mit 106 ist eine Kolbenstange bezeichnet, die
einen im wesentlichen kugelförmigen Kopf 107 aufweist, der in einer kugelför
migen Ausnehmung 108 gelagert ist. Der Kolben 104 weist eine Büchse 109
auf, in der ein Innenkörper 110 gelagert ist. Die Büchse 109, die vorzugsweise
aus Metall hergestellt ist, ist an dem der Kolbenstange 106 abgewandten Ende
topfförmig verschlossen und weist am anderen Ende einen nach innen ge
richteten umlaufenden Bord 111 auf, der vorzugsweise umgebördelt ist. Der
Innenkörper 110, der auch als einstückiger Körper hergestellt sein kann, be
steht im Ausführungsbeispiel aus Halbschalen 112, die vorzugsweise identisch
ausgebildet und aus Kunststoff hergestellt sind. Der Einfachheit halber wird
aber im folgenden überwiegend der Innenkörper als Einheit beschrieben, wo
bei sich die Merkmale des Innenkörpers gemäß dem Ausführungsbeispiel je
zur Hälfte auf die Halbschalen erstrecken.
Wie insbesondere den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist, weist der Innen
körper die kugelförmige Ausnehmung 108 auf, an der sich in Richtung der
Kolbenstange 106 eine Hülse 113 erstreckt (je eine Hülsenhälfte an jeder
Halbschale 112). Die Hülse 113 hat an ihrem Außenumfang eine Ringschulter
114, die wiederum hälftig an jeder Halbschale 112 angebracht ist. Die Ring
schulter 114 weist an ihrer der kugelförmigen Ausnehmung 108 abgewandten
Seite eine kegelstumpfförmig geneigte Ringfläche 115 auf, die mit der Längs
achse des Kolbens einen stumpfen Winkel "α" bildet, also relativ steil ist. Der
Außenumfang der Ringschulter 114 weist eine kegelstumpfförmige Mantelflä
che 116 auf, die sich in Richtung der kugelförmigen Ausnehmung verjüngt
gekennzeichnet durch den Winkel "β". Zwischen der Ringschulter und der
kugelförmigen Ausnehmung, am Außenumfang der Hülse 113 ist eine Ein
schnürung 117 vorgesehen, so daß der Außenumfang des Innenkörpers in
weiten Bereichen der Innenform der kugelförmigen Ausnehmung angepaßt ist.
Weiterhin weist der Innenkörper 110 im Bereich der Hülse 113 und in einem
Teilbereich der kugelförmigen Ausnehmung Schlitze 118 bzw. Einschnitte auf,
die parallel zur Längsachse des Kolbens 104 ausgerichtet sind und sich, wie
insbesondere Fig. 5 zu entnehmen ist, auch auf die Halbschalen aufteilen, so
daß dort an der Trennfuge Schlitze eingelassen sind, die jeweils hälftig in den
Halbschalen eingearbeitet sind. Es sei noch darauf hingewiesen, daß der
Innenkörper 110 in dem Bereich, der von der kugelförmigen Ausnehmung aus .
gesehen der Kolbenstange abgewandt ist, im wesentlichen kreuzförmig aus
gebildet ist, so daß sich auf der Rückseite der Halbschalen 112 Stege 119
befinden, wobei sich diese und die Endbereiche der Flächen, die die Trenne
bene der Halbschalen bilden, an der Innenwand der Büchse 109 abstützen
und mit ihrem stirnseitigen Ende am topfförmigen Boden der Büchse anliegen.
Dadurch ist eine gute Abstützung bei minimalem Gewicht gewährleistet.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß die kugelförmige Ausnehmung auf ihrer
mit 120 bezeichneten Hälfte, die der Hülse 113 benachbart ist, zumindest
einen Bereich aufweist, der einen größeren Radius hat als die übrige Ausneh
mung. Die Hülse weist weiterhin an ihrem Innenumfang zwischen der kugel
förmigen Ausnehmung und ihrem Ende eine Öffnung auf, die kegelstumpfför
mig ausgebildet ist, wobei sich der Innenumfang in Richtung der kugelförmigen
Ausnehmung verjüngt. Die Hülse 113 hat weiterhin eine ringförmige Verlänge
rung, als Verlängerungselement 121 bezeichnet, die sich axial auf der Seite
der Ringschulter 114 erstreckt, die der kugelförmigen Ausnehmung 108 abge
wandt ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kolbens und des Innen
körpers ergibt sich eine besonders günstige und einfache Herstellung des
Kolbens. Dabei wird die Kolbenstange 106 mit ihrem kugelförmigen Kopf 107
von außen her in die Hülse 113 gedrückt, wobei die Hülse und ein wesent
licher Teil der kugelförmigen Ausnehmung durch die Schlitze 118 in der Lage
sind, sich soweit zu dehnen, daß der kugelförmige Kopf 107 bis in die kugel
förmige Ausnehmung 108 gelangt. Wenn der Innenkörper 110 aus zwei Halb
schalen besteht, so ist die Montage der Kolbenstange noch einfacher, weil der
kugelförmige Kopf 107 zwischen die Halbschalen gelegt wird und diese dann
zusammengedrückt werden. Anschließend wird der Innenkörper 110 bzw. der
aus den beiden Halbschalen 112 gebildete Innenkörper in die Büchse 109, die
bereits den Bord 111 aufweist, eingeschoben. Dies wird dadurch erleichtert,
daß die Büchse an ihrem offenen Ende einen Bereich aufweist, der im Durch
messer erweitert ist und der Bord 111 nur soweit nach innen steht, daß der
wesentliche Teil des Innenkörpers diesen passieren kann. Die Ringschulter
114 und damit der restliche Teil des Innenkörpers 111 kann in die Büchse
109 durch den Bord 111 geschoben bzw. gedrückt werden, da die Außen
mantelfläche 116 kegelstumpfförmig ausgebildet ist und sich beim Durchtritt
zusammendrückt, wobei die Schlitze 118 ein Zusammendrücken erlauben. Die
Ringschulter 114 und damit der Innenkörper 110 rastet schließlich mit der
Ringfläche 115 an der Innenfläche des Bordes 111 ein, und bildet dabei eine
Schnappverbindung 122. Zur Erzielung einer dauerhaften sicheren Befesti
gung ist die Ringfläche 115 um einen solchen Winkel geneigt ist, daß der
Innenkörper 110 sicher in der Büchse 109 festgehalten wird, auch wenn auf
die Kolbenstange Zugkräfte ausgeübt werden. Eine gewisse Neigung der
Fläche 115 ist allerdings auch deshalb von Vorteil, weil bei auftretenden Zug
kräften in der Kolbenstange die kugelförmige Ausnehmung in ihrem Endbe
reich zusammengedrückt wird.
Die Einschnürung 117 zwischen der kugelförmigen Ausnehmung und Ring
schulter 114 stellt sicher, daß dieser Bereich elastisch ist, so daß die Hülse
113 auch dann noch zusammengedrückt werden kann, wenn die kugelförmige
Ausnehmung am kugelförmigen Kopf anliegt. Dadurch, daß die Hälfte 120 der
kugelförmigen Ausnehmung einen Bereich mit größerem Radius aufweist, bzw.
daß der Kugelmittelpunkt in der kugelförmigen Ausnehmung tiefergelegt ist,
kann auch dieser Bereich beim Zusammendrücken der Ringschulter noch
etwas federnd nachgeben. Die Verlängerung bzw. das Verlängerungselement
121 dient dazu, daß nicht der Rand bzw. die Büchse an einen Endanschlag
am Zylindergehäuse stößt, wenn der Kolben 104 bis zu seinem Endanschlag
herausgezogen wird, da damit der feste Halt des Innenkörpers in der Hülse
beeinträchtigt sein könnte. Bei Verwendung des Hydraulikzylinders als Geber
zylinder für Hydraulikanlagen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise zur Betäti
gung einer Kupplung, wird nämlich der Kolben bis zu seinem Endanschlag
herausgezogen, da auf die Kolbenstange durch Einwirkung einer Feder Zug
kräfte ausgeübt werden können, wenn der Fahrer des Fahrzeuges seinen Fuß
vom Kupplungspedal nimmt.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor
schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die
Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder
Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbil
dung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweili
gen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines
selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen
Unteransprüche zu verstehen.
Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfin
dungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche
unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Erfindung ist auch nicht auf (das) die Ausführungsbeispiel(e) der Beschrei
bung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abände
rungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente
und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination
oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Be
schreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in
den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschrit
ten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegen
stand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen,
auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.