DE4101844C2 - Stellkolbenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stellkolbenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Beim Einsatz von druckmittelbetätigten Stellgliedern mit kurzen Betätigungswegen, wie z. B. dem Servokolben nach der DE-OS 23 45 925, müssen zum Zurückstellen des Stellkol­ bens in seine Ausgangslage Federn vorgesehen sein, was die axiale Baulänge vergrößert.

Aus der US-PS 2 664 673 ist eine Stellkolbenanordnung bekanntgeworden, bei der ein Stellkolben über einen Dicht­ ring mit einem Gehäuseteil verbunden ist. Die Verbindung ist einerseits dicht und andererseits können Rückstellfe­ dern entfallen, weil die Federkraft für eine vollständige Rückstellung des Stellkolbens in die Ausgangslage durch den Dichtring sichergestellt wird. Die Anordnung beansprucht einen verhältnismäßig großen Bauraum und ist insbesondere für größere Stellwege ausgelegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellkolbenanordnung insbesondere für kurze Stellwege und rasche Reaktionen zu schaffen, die wenig Bauraum bean­ sprucht, so daß sie insbesondere zur Betätigung von Lamel­ lenkupplungen bzw. -bremsen verwendbar ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches aufgeführ­ ten Maßnahmen gelöst.

Mit der vorgeschlagenen Anordnung wird nicht nur eine axial kurze Bauweise erreicht, sondern auch eine hysterese­ arme Funktion bei schneller Reaktionsfähigkeit sicherge­ stellt. Insbesondere können mit der vorgeschlagenen Stell­ kolbenanordnung Fahrzeugbremsen und Sperrdifferentiale so­ wie Reibkupplungen in Getrieben betätigt werden.

Nachfolgend werden schematische Zeichnungen, die die Erfindung darstellen, anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Stellkolbenanordnung, bei der der Stellkolben und das ihn außen umschließende Gehäuseteil ein Z-Profil aufweisen, und damit der Stellkolben als Stufenringkolben ausgeführt ist;

Fig. 2 zeigt eine Stellkolbenanordnung, bei der der Stellkolben und das ihn außen umschließende Gehäuseteil ein in Druckrichtung offenes U-Profil mit einander axial überdeckenden, zur Längsachse koaxialen Stegen ist,

Fig. 3 zeigt eine Variante zu Fig. 2, bei der das U-Profil des Stellkolbens entgegen der Druckrichtung zum Zylinderraum hin geöffnet ist und einen Einfachkolben enthält.

Gemäß Fig. 1 ist eine Maschinenwand 1 mit einer Durchgangsbohrung 2 versehen, in welcher ein hier als Stufenring mit Z-Profil gestalteter Gehäuseteil 3 z. B. mittels einer Klebung oder Klemmung 4 seiner koaxialen Stege 31 oder 32 in der Bohrung 2 dreh- und schiebefest gehaltert ist. - Wahlweise könnte hier auch gleich die Maschinenwand 1 selbst als Gehäuseteil 3 dienen, wenn nicht ihre Abmessungen hinderlich sind. -
Die unterschiedliche Durchmesser aufweisenden beiden Stege 31 und 32 des Z-Profils sind hier zueinander etwa gerade so weit axial versetzt, daß sich eine zur gemeinsamen Längsachse 5 etwa lotrechte Stirnfläche 33 zwischen ihren einander zugewandten Rändern erreichen läßt. Diese Stirnfläche 33 dient als feste Rückwand eines hier ringförmig gestalteten Zylinderraumes 6, welcher in Druckrichtung mit einem ringförmigen Stellkolben 7 radial zwischen den Stegen 31 und 32 gebildet wird. Die der Stirnseite 33 zugewandte druckseitige Kolbenrückwand 73 verbindet dessen achsparallele und ebenfalls Z-förmig zueinander axial versetzte Stege 71 und 72 in radialer Richtung. Dabei sind die Kolbenstege 71 und 72 von den sie außen umfassenden Gehäusestegen 31 und 32 mit je nach Verwendungszweck speziell festzulegendem Radialabstand R und axialer Breite B durch Dichtringe 81 bzw. 82 aus federndem Material radial zentriert und axial begrenzt beweglich gehaltert. Wenn die Dichtringe 81 bzw. 82 aus Elastomermaterial bestehen, kann ihre Außenfläche auf den Kolbenstegen 71 und 72 aufvulkanisiert bzw. geklebt und mittels je einer weiteren Vulkanisierung bzw. Klebung an der Innenfläche der Gehäuseteilstege 31 und 32 stationär gehaltert und gleichzeitig hermetisch gedichtet und geführt sein. Eine Vulkanisierung bzw. Klebung der Dichtringe 81 bzw. 82 mit auf den vorgesehenen maximalen Betriebsdruck P abgestimmter axialer Breite B erlaubt dann eine dem Druckmitteldruck P im Zylinder 6 direkt proportionale Axialverschiebung des Stellkolbens 7 aus dem Gehäuseteil 3 heraus innerhalb einer z. B. durch einen Anschlag an einem Sperring 10 für den Ringkolben 7 festlegbaren Hubgrenze H. Dabei drückt die Kolbenrückwand 73 gegen einen Innenvorsprung der Bohrung 2 oder einen Sperring und die Kolbenaußenwand 74 im Beispiel axial gegen ein Drucklager 11 vor einer Andruckplatte 12, wie sie z. B. als Endscheibe einer nicht näher dargestellten Mehrscheiben-Reibverbindung, z. B. für ein Sperrdifferential oder eine Gangwähleinrichtung, verwendbar ist.

Die Druckmittelzufuhr P erfolgt hierbei über eine an eine Anschlußbohrung 13 in der Stirnfläche 33 des Gehäuseteiles 3 angeschlossene Leitung oder einen entsprechenden Kanal. Die Bohrung 2 der die Stellkolbenanordnung tragenden Maschinenwand 1 bietet als Stufenbohrung noch den Vorteil, daß sie bei Druckeinsatz die Stirnfläche 33 des Gehäuseteiles 3 weitgehend vollflächig gegen die innere Stufe der Bohrung 2 flach abstützen kann, so daß eine dünnwandige Ausführung des Gehäuseteiles 3 auch mit höheren Drücken belastbar ist.

In Fig. 2 sind die Stege 31, 32 des Gehäuseteiles 3 und die Stege 71, 72 des Stellkolbens nicht axial zueinander versetzt, sondern einander fast axial überdeckend topfartig ineinander angeordnet. Gemäß dem Beispiel wird dadurch keine zusätzliche axiale Breite für die zweiten Stege 32, 72 und die dazwischenliegende Verbindung 82 benötigt, da diese radial zu den sie am Umfang umschließenden Stegen 31, 71 und deren Verbindung 81 und in Druckrichtung gesehen bündig abschließend gestaltet werden können. Im Innenraum 14 des Stellkolbens 7 kann je nach Bedarf eine Bolzenlagerung für beispielsweise eine Druckstange 15 vorgesehen werden, wobei ebenfalls kein zusätzlicher axialer Bauraum für deren kolbenseitige Lagerung benötigt wird.

In Fig. 3 ist für den Fall einfacher, nicht ringförmiger Stellkolben 7 eine glatte Durchgangsbohrung 2 möglich, wenn ein Sperring 10 zur Abstützung des Gehäuseteiles 3 entgegen der Druckrichtung in die Bohrung 2 eingearbeitet ist und eine freie Leitung als Druckmittelanschluß 13 möglich ist. Der Stellkolben 7 ist hier mit der Druckrichtung entgegenweisenden Stegen 71, 72 ausgeführt, so daß der Zylinder 6 durch den Kolbeninnenraum volumenmäßig vergrößerbar ist, ohne zusätzliche Baulänge zu erfordern. Die Stirnfläche des Stellkolbens 7 kann gemäß diesem Beispiel unmittelbar der Andruckplatte 12 einer Reibverbindung vorgeordnet sein. Selbstverständlich lassen sich die in den Beispielen als Maschinenwand 1 dargestellten Abstützbereiche für das Gehäuseteil auch mit diesem einstückig anfertigen, so daß dann die Stege 31, 32 bzw. 71, 72 des ehemals in die Maschinenwand 1 integrierten Gehäuseteiles 3 oder Stellkolbens 7 die jeweilige Innen- bzw. Außenoberfläche des entsprechenden Bereiches der Maschinenwand 1 bzw. an deren Stelle tretenden Flansches oder dergleichen darstellen.

Die die Gehäuseteile 3 und Stellkolben 7 in allen Fällen radial verbindende flexible Zwischenwand anstelle radial zueinander versetzter Dichtringe 81 bzw. 82 ist nach radialer Stärke R und axialer Erstreckung B so bemessen, daß sie weder der Schaltdruck aus dem Zwischenraum von Gehäuseteil 3 und Stellkolben 7 herauspressen kann, noch daß es infolge des geforderten Axialhubes bzw. Arbeitsdruckes zu unzulässigen Schub- bzw. Scherbeanspruchungen für die Dichtringe 8 kommen kann. Inwieweit eine hermetische Abdichtung des Gehäuseteiles 3 in der Maschinenwand 1, z. B. durch Gummiüberzug der Außenoberfläche des Gehäuseteiles 3, oder durch Klemmkräfte erforderlich ist, kann von Fall zu Fall entschieden werden, ohne die besonderen Vorteile der Stellkolbenanordnung zu beeinträchtigen. Die vom Druckmitteldruck zu überwindenden Schubwiderstände der Dichtringe fallen bei den üblichen Schaltdruck- Größenordnungen nicht ins Gewicht. Die Kolbenbewegung kann völlig hysteresefrei erfolgen, und die aufzuwendenden Schubkräfte entsprechen den bei konventionellen Anordnungen ohnehin ebenfalls aufzubringenden Kolbenrückstellkräften, welche jedoch hier vorteilhafterweise direkt proportional zum Kolbenweg sind.

Für das Gehäuseteil 3 und/oder den Stellkolben 7 können anstelle von Dreh- oder Gußteilen besonders günstig auch Blechziehteile eingesetzt werden, die sich besonders günstig für Vulkanisierungszwecke eignen. Indem zur Vulkanisierung präzise vorgeformte Rohgummiringe bzw. Formen verwendet werden, kann auch ein eventueller unterschiedlicher Widerstand der radial zueinander versetzt angeordneten Dichtringe 8 durch Wahl entsprechend unterschiedlicher radialer Höhe R oder axialer Breite B kompensiert werden.

Als bevorzugte Abmessungsverhältnisse für Hydraulikkupplungen wurde gefunden, daß das Verhältnis von axialer Breite B zu radialer Höhe R im Bereich der Drücke 5 bis 20 bar etwa zwischen 8 und 2 liegen sollte, wenn die Shore-Härte des Elastomermaterials bei ca. 50 bis 80 liegt.

Bezugszeichenliste

1 Maschinenwand
2 Bohrung in 1
3 Gehäuseteil bzw. Profilring
31 äußerer Steg von 3
32 innerer Steg von 3
4 Halterung von 3 in 1
41 Klebung bzw. Klemmung von 31 und 1
42 Klebung bzw. Klemmung von 32 und 1
5 Längsachse
6 Ringzylinderraum
7 Stellkolben
71 äußerer Steg von 7
72 innerer Steg von 7
73 Kolbeninnenwand
74 Kolbenaußenwand
81 äußerer Dichtring zwischen 31 und 71
82 innerer Dichtring zwischen 32 und 72
9 -
10 Sperring in 1 bzw. 2 als Anschlag
11 Drucklager für 73
12 Andruckplatte vor 11 bzw. 7
13 Druckmittelanschluß für 6 in 33
14 Stellkolbeninnenraum, außen
15 Druckstange in 14
R radiale Höhe des Dichtringes
B axiale Breite des Dichtringes
H Hub bzw. Hubgrenzenbereich
P Betriebsdruck.

Claims (1)

1. Stellkolbenanordnung mit einem zylinderförmigen Gehäuseteil (3), in dem ein durch einen Dichtring (8) ein­ gefaßter Stellkolben (7) durch Druckmittel axial verschieb­ bar ist und nach Druckabfall durch die Rückstellkraft des Dichtringes in seine Ausgangslage selbsttätig zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (3) aus einem Profilring mit einem U- oder Z- förmigen Querschnitt gebildet wird, in welchem der Stell­ kolben (7) durch zwei Dichtringe (81, 82) gehaltert ist und daß in die Stirnfläche (33) des Gehäuseteils (3) ein Druck­ mittelanschluß (P) mündet.