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In
der Europäischen
Patentanmeldung
EP 0 894 687 wird
ein Aktuator (im Folgenden als Stellglied der angegebenen Art bezeichnet)
in Form eines Stellzylinders beschrieben und beansprucht, der einen
Kolben umfasst, welcher in dichtem Gleitkontakt mit einer zugehörigen Bohrung
verschoben werden kann und auf einer Seite des Kolbens eine Arbeitskammer
begrenzt, wobei der Zylinder dadurch gekennzeichnet ist, dass der
Kolben eine aus Kunststoffmaterial hergestellte Dichtung aufweist,
die durch ein unter Spannung in eine Aussparung in der Dichtung
eingepasstes elastisches Einsatzstück in radialer Richtung gegen
die zugehörige
Bohrung vorgespannt wird.
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Ein
solcher Stellzylinder ist auch aus WO-A-0 077 415 bekannt.
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Obwohl
solche Stellglieder im Allgemeinen gut funktionieren, kann ihre
Leistungsfähigkeit
durch eine verringerte Dichtigkeit beeinträchtigt werden, da die Kunststoffdichtung
einen Teil ihrer Federkraft (und somit ihrer Andruckkraft) verliert,
wenn die Dichtung gleichmäßig gegen
die passende Zylinderbohrung gedrückt wird.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Stellzylinder
bereitzustellen, der das oben erwähnte Dichtungsproblem zumindest
teilweise löst.
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Somit
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Stellzylinder der angegebenen Art bereitgestellt,
bei dem der Kolben in einer zurückgezogenen Stellung
(d.h., wenn die Arbeitskammer für
deren Wiederbefüllung
mit einem zugehörigen
Vorratsbehälter
verbunden ist) einen Dichtungskontakt zu einem Teil der Bohrung
herstellt, dessen Durchmesser größer ist
als der Durchmesser desjenigen Teils der Bohrung, mit dem die Dichtung
in Kontakt steht, wenn der Kolben entlang der Bohrung verschoben wird,
um Druck auf die Arbeitskammer auszuüben.
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Während sich
der Kolben in der zurückgezogenen
Stellung an einem Teil der Bohrung mit einem größeren Durchmesser befindet,
kann sich die Kunststoffdichtung des Kolbens bei einem Durchmesser
entspannen, der größer als
der Durchmesser der Dichtung ist, wenn der Kolben während des
Arbeitstaktes die Arbeitskammer unter Druck setzt, sodass sichergestellt
ist, dass die Dichtung bei jedem Arbeitstakt des Kolbens gegenüber der
zurückgezogenen
Stellung in radialer Richtung nach innen zusammengedrückt wird
und der Druck am Dichtungskontakt bei aktiver Betätigung der
Dichtung erhalten bleibt.
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Da
sich der Kolben ferner beim Betätigen des
Stellgliedes, zum Beispiel beim Betätigen einer Fahrzeugkupplung,
während
des größten Teils
der Zeit in der zurückgezogenen
Stellung befindet, steht die Dichtung während des größten Teils
seiner Standzeit in dem Teil der Bohrung mit dem größeren Durchmesser
unter der relativ geringeren Belastung. Dies trägt ebenfalls dazu bei, dass
der Druck am Dichtungskontakt erhalten bleibt.
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Der
Teil der Bohrung mit dem größeren Durchmesser,
in dem sich die Dichtung befindet, wenn sich der Kolben in seiner
zurückgezogenen Stellung
befindet, kann durch eine Stufe in der Bohrung oder durch eine Bohrung
geschaffen werden, deren Durchmesser sich über die Länge der Bohrung hinweg verjüngt.
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Die
vorliegende Erfindung kann mit der Anordnung einer Wiederbefüllungshülse verbunden werden,
die in der PCT-Patentanmeldung WO 00/77415A beschrieben und beansprucht
wird, indem der Innendurchmesser der durch die Kolbendichtung in
der vollständig
zurückgezogenen
Stellung berührten
Hülse so
angeordnet wird, dass er größer ist
als der Durchmesser des Restes der Bohrung, in dem der Kolben arbeitet,
wenn die Arbeitskammer unter Druck gesetzt wird.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung beispielhaft unter Bezug auf die folgenden
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 als
Teilschaubild einen Querschnitt eines Hauptzylinders zeigt, der
die vorliegende Erfindung realisiert;
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2 den
Zylinder von 1 in vergrößertem Maßstab zeigt;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer im Zylinder der 1 und 2 verwendeten
Wiederbefüllungshülse zeigt.
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Ein
in den Figuren dargestellter hydraulischer Steuerzylinder 10 zur
Betätigung
einer Fahrzeugkupplung umfasst einen Körper 11 mit einer Bohrung 12,
in welcher sich ein Kolben 13 im dichten Gleitkontakt befindet.
Der Kolben 13 ist mit einem zugehörigen Kupplungspedal 14 verbunden,
der durch die Verbindung 15 schematisch dargestellt ist,
und vor dem Kolben 15 ist eine Arbeitskammer 16 mit
einer Auslassöffnung 17 versehen,
die über
eine (nicht gezeigte) Leitung mit einem Nehmerzylinder zur Kupplungsbetätigung verbunden
ist.
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Der
Steuerzylinder weist auch eine Einlassöffnung
18, die mit
einem (nicht gezeigten) Flüssigkeitsvorrat
und über
einen Kanal
20 mit einem einen größeren Durchmesser aufweisenden
Teil
19 der Bohrung
12 verbunden ist. Auf dem
Kolben
13 ist eine aus einem Kunststoffmaterial bestehende Hauptdichtung
21 angebracht,
die ein integraler Bestandteil des Bauteils
22 ist. Ein
Kautschukring
23 drückt
gegen die aus Kunststoff bestehende Hauptdichtung
21 und
stellt somit sicher, dass die Kunststoffdichtung in Kontakt mit
der zugehörigen
Bohrung usw. bleibt. Diese Dichtungsanordnung ist Gegenstand der
oben erwähnten
gleichzeitig anhängigen Europäischen Patentanmeldung
EP 0 894 687 A1 desselben
Anmelders.
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Das
Bauteil 22 und der Kautschukring 23 werden durch
ein zentrales Bauteil 24 auf dem Rest des Kolbens an Ort
und Stelle gehalten, wobei das Bauteil in den Hauptkörper 25 des
Kolbens 13 eingepresst, mit diesem verschweißt oder
anderweitig befestigt ist. Das zentrale Bauteil 24 in der
gezeigten Baugruppe weist eine axiale Bohrung 26 auf, die
aus fertigungstechnischen Gründen
(zur Verringerung der Schrumpfung) vorgesehen ist, da das zentrale Bauteil 24 mittels
eines Spritzgussverfahrens aus Kunststoffmaterial hergestellt wird.
Alternativ kann das zentrale Bauteil kürzer gestaltet sein und braucht die
Schrumpfungsbohrung 26 nicht unbedingt zu beinhalten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsart
sind sämtliche
Teile, der Körper 11,
der Kolben 13, usw., mittels eines Spritzgussverfahrens
aus Kunststoffmaterial hergestellt.
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In
dem einen größeren Durchmesser
aufweisenden Teil 19 der Bohrung 12 ist eine ringförmige Hülse 27 untergebracht.
Die Hülse 27 beinhaltet
in axialer Richtung verlaufende Nuten 28, die in Verbindung
mit dem Teil 19 der Bohrung Kanäle definieren, welche über Öffnungen 30 in
den Teil 29 mit dem kleineren Durchmesser münden. Die
Hülse 27 beinhaltet auch
eine ringförmige
Stufe 31, gegen welche eine Rückholfeder 32 drückt. Das
andere Ende der Feder 32 drückt gegen eine am Kolben 13 angebrachte
Stufe 33, um sicherzustellen, dass der Kolben immer wieder
gemäß den 1 und 2 in
seine vollständig
zurückgezogene
Wiederbefüllungsstellung
zurückkehrt,
wenn das zugehörige
Pedal freigegeben wurde.
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Die 1 und 2 zeigen,
dass die Hauptdichtung bei vollständig zurückgezogenem Kolben die Innenfläche 34 der
Hülse 27 berührt und
die Öffnungen 30 nicht
mehr abgedichtet sind, sodass über die
Kanäle 20 und
die Nuten 28 (siehe Pfeile X) eine Verbindung zwischen
der Einlassöffnung 18 und
der Arbeitskammer 16 entsteht. Somit steht, wenn sich der
Kolben in der vollständig
zurückgezogenem
Stellung befindet, der mit der Einlassöffnung 18 verbundene
Vorratsbehälter
mit der Arbeitskammer 16 in Verbindung, sodass die Arbeitskammer 16 wieder
in dem Maße
mit Flüssigkeit
gefüllt
werden kann, wie sich der Arbeitshub des Kolbens infolge des Abriebs der
zugehörigen
Kupplung oder des Austretens der Flüssigkeit aus der Arbeitskammer
vergrößert.
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Wenn
das Pedal 14 niedergetreten wird, bewegt sich der Kolben 13 von
seiner in den 1 und 2 vollständig zurückgezogenen
Stellung nach links, sodass sich die Hauptdichtung 21 des
Kolbens über
die Öffnungen 30 hinaus
nach links bewegt und dadurch den Durchfluss durch die Nuten unterbricht und
die Arbeitskammer 16 auf normale Weise unter Druck gesetzt
werden kann.
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Durch
die Verwendung einer relativ großen Anzahl von Nuten 28 wird
jedes Mal, wenn sich der Kolben in die vollständig zurückgezogene Stellung begibt,
eine schnelle Wiederbefüllung
erreicht, sodass der Kolben im Arbeitstakt keinen toten Weg zurücklegt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Innendurchmesser D1 der Hülse 27, entlang welcher die
Kolbendichtung 21 gleitet, wenn sich der Kolben in seiner
vollständig
zurückgezogenen
Wiederbefüllungsstellung
befindet, geringfügig
größer als
der Durchmesser D2 des Restes der Bohrung 29, entlang welcher
der Kolben gleitet, wenn die Arbeitsflüssigkeit in der Kammer 16 unter
Druck gesetzt wird. Üblicherweise
ist D1 etwa beispielsweise gleich 16,3 mm und D2 beispielsweise
gleich 16,1 mm.
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Durch
diese Verwendung des größeren Durchmessers
D1 für
die Wiederbefüllungsstellung, in
der sich der Kolben während
der meisten Zeit befindet, kann der Durchmesser der Dichtung einen Wert
beibehalten, der größer als
der des Durchmessers der Bohrung 29 ist, sodass die Dichtung 21 ausreichend
elastisch bleibt, um während
der Unterdrucksetzung der Kammer 16 einen guten Dichtungskontakt
aufrechtzuerhalten und die oben erwähnten Dichtungsprobleme zu
vermeiden.
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Der
Teil der Bohrung mit dem größeren Durchmesser,
den die Dichtung während
ihrer vollständig
zurückgezogenen
Stellung berührt,
kann durch ein beliebiges geeignetes Mittel bereitgestellt werden,
zum Beispiel durch Spritzgießen
des Teils mit dem größeren Durchmesser,
durch Verwendung einer Hülse
mit einem größeren Durchmesser
oder durch spanabhebende Bearbeitung der Bohrung, um einen Teil
mit einem größeren Durchmesser
zu erzeugen.
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Obwohl
die Erfindung oben unter Bezug auf einen stufenförmigen Übergang zwischen dem Wiederbefüllungsdurchmesser
D1 und dem Arbeitsdurchmesser D2 beschrieben wurde, ist klar, dass
die Bohrung, welche der Kolben berührt, einen Durchmesser aufweisen
kann, der sich von einem größeren Durchmesser
in der Wiederbefüllungsstellung über deren
Länge hinweg
bis zu einem/mehreren kleineren Durchmesser(n) verjüngt, an
denen die Flüssigkeit
der Arbeitskammer unter Druck gesetzt wird.