WO2012000466A1 - Kolben-zylinder-anordnung mit am kolben befestigter dichtung - Google Patents

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    • F16D2300/08—Details or arrangements of sealings not provided for in group F16D3/84

Definitions

  • the invention relates to a piston-cylinder arrangement with a seal fastened to the piston, wherein the piston-cylinder arrangement is used within a hydraulic distance for coupling or brake operation, in particular at CSC's.
  • release bearing is located directly on the piston (aluminum) at CSC's, where the seal is also directly connected.
  • the Zentraiausschreiber a slave cylinder with a guide sleeve, a housing and an arranged between the guide sleeve and housing piston on which a release bearing is arranged.
  • the housing and the guide sleeve define a pressure space in which the piston can be hydraulically moved relative to the environment sealed.
  • the piston has a grooved ring seal,
  • the sealing arrangements have the decisive disadvantage that the seals are not connected without play to the piston.
  • a clearance seal is unacceptable due to software engineering issues. If the seal is integrated directly into the piston, temporarily occurring temperatures at the release bearing are entered directly in the knotting area of the seal. This leads to a failure of the seal, whereby exact tactile points for the automated clutch actuation are no longer determined. Furthermore, there is a risk of tearing off the seal.
  • the object of the invention is to develop a piston-cylinder assembly with seal attached to the piston, which ensures a play-free arrangement of the seal on the piston and at the same time ensures the thermal decoupling of the seal from the piston.
  • the piston-cylinder arrangement has a piston-mounted seal and is used within a hydraulic distance for clutch or brake operation, in particular at CSC's, application and has a housing axially displaceably mounted by the pressure of a pressure medium piston, the is sealed by a seal against a pressure chamber, according to the invention between the piston and the seal an intermediate element made of a material with poor thermal conductivity is arranged without play.
  • an intermediate element in the form of the sealing ring carrier made of a plastic with a low thermal conductivity is formed or arranged free of play on the piston, which then receives the sealing ring.
  • the seal or the sealing ring carrier can be formed with the piston by a 2-component injection as a structural unit, whereby a simple production in only one manufacturing stage is possible.
  • the sealing ring carrier on the piston side has a cylindrical, axially extending projection, which engages in a corresponding diametral widening of the piston, wherein the inner diameter of the piston and the inner diameter of the cylindrical projection should be substantially equal.
  • the longest possible surface (cylindrical projection) for guiding the sealing ring carrier to the piston is advantageous in order to avoid possible Kardanik within the component.
  • the guide length ratio in the form of guide length to piston diameter should be about 0.5.
  • the seal is fastened to the piston via a sealing ring carrier connected without play to the quill, this is preferably done by play-free engagement of the seal on the sealing ring carrier.
  • the sealing ring carrier and the seal have for this purpose a corresponding Einknüpfkontur, which ensures a play-free Einknüpfen.
  • seal and the sealing ring carrier are made in one piece by 2-component injection molding and that then the sealing ring carrier is connected to the piston by crimping.
  • the piston is preferably made of aluminum to ensure the required high strength. Since this material has a high thermal conductivity, it is advantageous if the sealing ring carrier made of plastic with low thermal conductivity is arranged between the piston and the seal.
  • the invention provides a way to connect a thermally decoupled seal to a stable piston made of aluminum clearance, without introducing a Kardanik in the system.
  • FIG. 1 shows the basic illustration of a piston-cylinder arrangement
  • Figure 2 shows the representation of a partial longitudinal section of the piston and the sealing ring carrier before flanging
  • FIG. 1 shows a piston-cylinder assembly in longitudinal section, which is part of a hydraulic path to the clutch or brake operation.
  • This arrangement represents in this Betspiel a slave cylinder, which is arranged concentrically about an axis A of a transmission input shaft, not shown, and therefore also referred to as CSC (Concentric Slave Cylinder).
  • CSC Concentric Slave Cylinder
  • This slave cylinder 1 consists essentially of a housing 1 preferably plastic, which has an annular groove 1a for receiving and guiding a piston 2 coaxial with the axis A, in which the piston 2 is linearly displaceable by means of a pressure in the hydraulic path between two end positions.
  • the piston 2 has in the direction of the pressure chamber D a sealing ring carrier 3 made of a material with poor heat conduction, preferably plastic, at the pressure chamber side face 3.1 a seal 4 is sealed to seal the pressure chamber D to its environment.
  • the piston 2 consists of reasons of the required strength of aluminum, which also strongly heated by the friction occurring in the release bearing 5 and heating in the operating state.
  • the sealing ring carrier 3 By the sealing ring carrier 3, the heat is not forwarded to the seal 4, since the sealing ring carrier acts heat insulating.
  • the sealing ring carrier 3 has the same inner diameter and outer diameter as the piston 2 in order to ensure good guidance in the annular groove 1 a of the housing 1.
  • the sealing ring carrier 3 was connected to the piston 2 by a Bördeiung, which is shown in the following drawings in detail.
  • FIG. 2 shows how the piston 2 and the sealing ring carrier 3 were positioned relative to each other for joining by crimping
  • FIG. 3 shows the partial longitudinal section of the piston 2 and the sealing ring carrier 3 after joining.
  • the sealing ring carrier 3 has on its outwardly facing end face 3.1 a profiling for Einknüpfen a seal, not shown.
  • a groove 3.2 is introduced on the outer circumference of the sealing ring carrier 3 and the piston 2 has a forming region 2.1, which engages over the groove according to FIG.
  • the sealing ring carrier 3 is seated with a cylindrical projection 3.3 in a corresponding diametrical extension 2.2 of the piston 2.
  • the inner diameter d2 of the piston 2 and the inner diameter d3 of the sealing ring carrier 2 and the outer diameter D2 of the piston and the outer diameter D3 of the sealing ring carrier 3 are substantially identical and are guided in the annular groove of the housing, not shown here.
  • the forming region 2.1 of the piston 2 is crimped or otherwise bent radially inwardly into the groove 3.2 of the sealing ring carrier 3, so that the piston 2 and the sealing ring carrier 3 are fixedly connected to one another.
  • the forming region 2.1 is bent so far that this rests after flanging to produce an axial bias on a side surface of the groove 3.2 'of the groove 3.2 of the sealing ring carrier 3.
  • piston side with a heat-insulating and temperature-resistant material and analog to play with the piston to connect.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit am Kolben (2) befestigter Dichtung (4), wobei die Kolben-Zylinder-Anordnung innerhalb einer hydraulischen Strecke zur Kupplungs- oder Bremsbetätigung, insbesondere bei CSC s, Anwendung findet und einen in einem Gehäuse durch den Druck eines Druckmediums axial verschiebbar gelagerten Kolben aufweist, der mittels einer Dichtung gegenüber einem Druckraum angedichtet ist und erfindungsgemäß zwischen dem Kolben und der Dichtung ein Zwischenelement z.B. ein Dichtringträger (3) aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit spielfrei angeordnet ist.

Description

Kolben-Zylinder-Anordnung mit am Kolben befestigter Dichtung
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit am Kolben befestigter Dichtung, wobei die Kolben-Zylinder-Anordnung innerhalb einer hydraulischen Strecke zur Kupplungsoder Bremsbetätigung, insbesondere bei CSC's, Anwendung findet.
Aufgrund der konstruktiven Auslegung sitzt das Ausrücklager bei CSC's direkt auf dem Kolben (Aluminium), an dem auch die Dichtung direkt angebunden ist.
Dabei sind bisher verschiedenste Anbindungsmöglichkeiten für die am Kolben befestigte Dichtung vorgesehen, wie z.B. in der Druckschrift DE 103 23 570 A1 beschrieben. Bei dieser Lösung weist der Zentraiausrücker einen Nehmerzylinder mit einer Führungshülse, ein Gehäuse sowie ein zwischen Führungshülse und Gehäuse angeordneten Kolben auf, an dem ein Ausrücklager angeordnet ist. Das Gehäuse und die Führungshülse begrenzen einen Druckraum, in dem der Kolben gegenüber der Umgebung abgedichtet hydraulisch bewegt werden kann. Der Kolben verfügt dazu über eine Nutringdichtung,
Bei einer DE 102009016297 A1 beschriebenen Kolben-Zylinder-Anordnung sitzt die Dichtung eingeknüpft in einer stringseitigen Nut des Kolbens des Nehmerzylinders.
Die Dichtungsanordnungen weisen den entscheidenden Nachteil auf, dass die Dichtungen nicht spielfrei an den Kolben angebunden sind. Eine spielbehaftete Dichtung ist jedoch aufgrund softwaretechnischer Probleme nicht akzeptierbar. Wird die Dichtung direkt in den Kolben eingebunden, werden kurzzeitig auftretende Temperaturen am Ausrücklager direkt in den Knüpfbereich der Dichtung eingetragen. Dies führt zu einem Ausfall der Dichtung, wodurch exakte Tastpunkte für die automatisierte Kupplungsbetätigung nicht mehr ermittelbar sind. Weiterhin besteht die Gefahr des Abreißens der Dichtung.
Durch die bisherigen Anbindungen wird weiterhin immer eine zweite Kardanik ins System eingebracht, sowie die Möglichkeit, dass die Dichtung an einem anderen Punkt steht als der Kolben. Daher ist die Tastpunkterkennung fehlerhaft, was einen automatisierten Betrieb stört. Außerdem sind heutige Dichtungsträgervarianten bauraumintensiv und gehen zu Lasten des Führungsverhältnisses Kolben zu Durchmesser.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit am Kolben befestigter Dichtung zu entwickeln, die eine spielfreie Anordnung der Dichtung am Kolben gewährleistet und dabei gleichzeitig die thermische Abkopplung der Dichtung vom Kolben gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Kolben-Zylinder-Anordnung weist eine am Kolben befestigte Dichtung auf und findet innerhalb einer hydraulischen Strecke zur Kupplungs- oder Bremsbetätigung, insbesondere bei CSC"s, Anwendung und weist einen in einem Gehäuse durch den Druck eines Druckmediums axial verschiebbar gelagerten Kolben auf, der mittels einer Dichtung gegenüber einem Druckraum angedichtet ist, wobei erfindungsgemäß zwischen dem Kolben und der Dichtung ein Zwischenelement aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit spielfrei angeordnet ist.
Es ist möglich, die Dichtung direkt endseitig spielfrei am Kolben anzubinden. In einer bevorzugten Variante wird am Kolben ein Zwischenelement in Form des Dichtringträgers aus einem Kunststoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit spielfrei ausgebildet oder angeordnet, welches dann den Dichtring aufnimmt. Damit erfolgt die Überführung des Knüpfbereichs in ein Kunststoffteil, das direkt an den Kolben angebunden ist.
Die Dichtung oder der Dichtringträger können mit dem Kolben durch eine 2-Komponenten- spritzung als eine konstruktive Einheit ausgebildet sein, wodurch eine einfache Herstellung in nur einer Fertigungsstufe möglich ist.
Alternativ ist es möglich und technologisch einfach umsetzbar, die Dichtung mit dem Kolben oder den Dichtringträger mit dem Kolben durch einen radial umgeformten Bereich miteinander zu verbinden. Dies erfolgt bevorzugt durch einen radial nach innen umgeformten Umformbereich des Kolbens, der in eine außenseitige Nut der Dichtung oder des Dichtringträgers eingreift, wobei dies insbesondere durch Bördeln erfolgt. Vorteilhaft ist dabei, wenn der Umform- bereich des Kolbens nach dem Bördeln unter Erzeugung einer axialer Vorspannung an einer kolbenseitigen Anlagefläche der Nut der Dichtung oder der Nut des Dichtringträgers anliegt, wodurch eine sichere Spielfreiheit gewährleistet ist.
Erfolgt das Anbinden über eine Bördelgeometrie, ist insbesondere bei Verwendung eines Dichtringträgers sicherzustellen, dass dieses Kunststoffteil genug Material zwischen Kolben (Grundmaterial) und Dichtung bringt, um sicher thermisch zu entkoppeln.
Dazu ist vorgesehen, dass insbesondere der Dichtringträger kolbenseitig einen zylinderförmigen, sich axial erstreckenden Vorsprung aufweist, der in eine korrespondierende Durchmessererweiterung des Kolbens eingreift, wobei der Innendurchmesser des Kolbens und der Innendurchmesser des zylinderförmigen Vorsprungs im Wesentlichen gleich sein sollten. Dadurch wird neben der thermischen Entkopplung gewährleistet, dass der Kolben weiterhin optimal geführt werden kann. Eine möglichst lange Fläche (zylinderförmiger Vorsprung) zur Führung des Dichtringträgers zum Kolben ist dabei günstig, um eine mögliche Kardanik innerhalb des Bauteils zu vermeiden. Durch die möglichst lange Führung des Dichtringträgers im Kolben sollte lediglich eine max. Verkippung von 1 e zugelassen werden.
Um das Führungslängenverhältnis des Kolbens nicht zu unterschreiten, ist ein Teil der Führung in den Kolben und der andere Teil der Führung in den Dichtringträger eingebracht. Das Führungslängsverhältnis in Form von Führungslänge zu Kolbendurchmesser sollte dabei in etwa 0,5 betragen.
Wird die Dichtung über einen spielfrei an den Kotben angebundenen Dichtringträger am Kolben befestigt, erfolgt dies bevorzugt durch spielfreies Einknüpfen der Dichtung am Dichtringträger. Der Dichtringträger und die Dichtung weisen dazu eine korrespondierende Einknüpfkontur auf, die ein spielfreies Einknüpfen gewährleistet.
Es ist weiterhin möglich, dass die Dichtung und der Dichtringträger durch 2- Komponentensprietzgießen einteilig hergestellt sind und dass dann der Dichtringträger mit dem Kolben durch Bördeln verbunden wird.
Neben dem Bördeln oder dem 2-K Spritzgießen sind auch andere spielfreie Verbindungsvarianten möglich. Der Kolben besteht bevorzugt aus Aluminium, um die geforderte hohe Festigkeit zu gewährleisten. Da dieser Werkstoff eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist es vorteilhaft, wenn zwischen Kolben und Dichtung der aus Kunststoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehende Dichtringträger angeordnet ist.
Insgesamt gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung mit ihrer neuartigen konstruktiven Gestaltung: keine Versatzmöglichkeit von Kolben zur Dichtung, wodurch eine sichere Tastpunkterkennung gewährleistet ist, durch die sichere und lange Führung keine Kardanik im Kolbensystem, wodurch kein
Verkippen des Kolbens zur Dichtung hin zu verzeichnen ist.
Somit bietet die Erfindung eine Möglichkeit, eine Dichtung thermisch abgekoppelt an einen stabilen Kolben aus Aluminium spielfrei anzubinden, ohne eine Kardanik ins System einzubringen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 die Prinzipdarstellung einer Kolben-Zylinderanordnung,
Figur 2 die Darstellung eines Teillängsschnittes des Kolbens und des Dichtringträgers vor dem Bördeln und
Figur 3 nach dem Bördeln.
Figur 1 zeigt eine Kolben-Zylinder-Anordnung im Längsschnitt, die Teil einer hydraulischen Strecke zur Kupplungs- oder Bremsbetätigung ist. Diese Anordnung stellt in diesem Betspiel einen Nehmerzylinder dar, der konzentrisch um eine Achse A einer nicht dargestellten Getriebeeingangswelle angeordnet ist und daher auch als CSC (Concentric Slave Cylinder) bezeichnet wird. Allerdings kann diese auch in einem Semi-Nehmer- oder Geberzylinder Anwendung finden. Dieser Nehmerzylinder 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 1 aus vorzugsweise Kunststoff, das zur Aufnahme und Führung eines Kolbens 2 koaxial zur Achse A eine Ringnut 1a aufweist, in welcher der Kolben 2 linear mittels eines in die hydraulische Strecke eingetragenen Druckes zwischen zwei Endlagen verschiebbar ist. Dazu ergibt sich aus der Differenz der Länge der Ringnut 1a zur Länge des Kolbens 2 ein zur Kraftübertragung mit Fluid befüllbarer Druckraum D. Der Kolben 2 weist in Richtung zum Druckraum D einen Dichtringträger 3 aus einem Werkstoff mit schlechter Wärmeleitung, bevorzugt Kunststoff auf, an dessen druckraumseitiger Stirnfläche 3.1 eine Dichtung 4 zur Abdichtung des Druckraums D zu seiner Umgebung hin eingeknüpft ist.
Der Kolben 2 besteht aus Gründen der geforderten Festigkeit aus Aluminium, wodurch sich dieser durch die im Ausrücklager 5 auftretende Reibung und Erwärmung im Betriebszustand ebenfalls stark erwärmt. Durch den Dichtringträger 3 wird die Wärme nicht an die Dichtung 4 weitergeleitet, da der Dichtringträger wärmeisolierend wirkt.
Der Dichtringträger 3 weist den gleichen Innendurchmesser und Außendurchmesser wie der Kolben 2 auf, um eine gute Führung in der Ringnut 1a des Gehäuses 1 zu gewährleisten.
Der Dichtringträger 3 wurde mit dem Kolben 2 durch eine Bördeiung verbunden, was in den nachfolgenden Zeichnungen im Einzelnen dargestellt ist.
In Figur 2 wird gezeigt, wie der Kolben 2 und der Dichtringträger 3 zueinander zum Fügen durch Bördeln positioniert wurden und Figur 3 zeigt den Teillängsschnitt von Kolben 2 und Dichtringträger 3 nach dem Fügen.
Der Dichtringträger 3 weist an seiner nach außen weisenden Stirnseite 3.1 eine Profilierung zum Einknüpfen einer nicht dargestellten Dichtung auf. Zum Bördeln ist am Außenumfang des Dichtringträgers 3 eine Nut 3.2 eingebracht und der Kolben 2 weist einen Umformbereich 2.1 auf, der gemäß Figur 2 über die Nut greift. Der Dichtringträger 3 sitzt mit einem zylinderförmigen Vorsprung 3.3 in einer korrespondierenden Durchmessereiweiterung 2.2 des Kolbens 2. Der Innendurchmesser d2 des Kolbens 2 und der Innendurchmesser d3 des Dichtringträgers 2 sowie der Außendurchmesser D2 des Kolbens und der Außendurchmesser D3 des Dichtringträgers 3 stimmen dabei im Wesentlichen überein und werden in der Ringnut des hier nicht dargestellten Gehäuses geführt. Zum Verbinden des Dichtringträgers 3 mit dem Kolben 2 wird der Umformbereich 2.1 des Kolbens 2 radial nach innen in die Nut 3.2 des Dichtringträgers 3 gebördelt oder anderweitig gebogen, so dass Kolben 2 und Dichtringträger 3 miteinander fest verbunden sind. Bevorzugt wird der Umformbereich 2.1 soweit umgebogen, dass dieser nach dem Bördeln unter Erzeugung einer axialer Vorspannung an einer koibenseitigen Anlagefläche 3.2' der Nut 3.2 des Dichtringtragers 3 anliegt.
Neben dem Bördeln sind auch andere Verbindungsverfahren möglich, wobei immer auf eine spielfreie Verbindung zwischen Kolben und Dichtringträger zu achten ist.
Weiterhin ist es alternativ auch möglich, die Dichtung kolbenseitig mit einem wärmeisolierenden und temperaturbeständigen Werkstoff zu versehen und analog spielfrei mit dem Kolben zu verbinden.
Bezuqszeichenliste
1 Gehäuse
1a Ringnut
2 Kolben
2.1 Umformbereich
2.2 Durchmessererweiterung
3 Dichtringträger
3.1 Stirnseite
3.2 Nut
3.2' Anlagefläche
3.3 Vorsprung
4 Dichtung
5 Ausrücklager d2 Innendurchmesser des Kolbens 2 d3 Innendurchmesser des Dichtringträgers
A Achse
D Druckraum
D2 Außendurchmesser des Kolbens 2
D3 Außendurchmesser des Dichtringträgers 3

Claims

Patentansprüche
1. Kolben-Zylinder-Anordnung mit am Kolben befestigter Dichtung, wobei die Kolben- Zylinder-Anordnung innerhalb einer hydraulischen Strecke zur Kupplungs- oder Bremsbetätigung, insbesondere bei CSC's, Anwendung findet und einen in einem Gehäuse durch den Druck eines Druckmediums axial verschiebbar gelagerten Kolben aufweist, der mittels einer Dichtung gegenüber einem Druckraum angedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben und der Dichtung ein Zwischenelement aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit spielfrei angeordnet ist.
2. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung oder ein die Dichtung aufnehmender Dichtringträger zumindest bereichsweise aus einem eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Werkstoff bestehen.
3. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben und die Dichtung
oder
der Kolben und der Dichtringträger
über eine 2-Komponentenspritzung als eine konstruktive Einheit ausgebildet sind.
4. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dichtung mit dem Kolben
oder
der Dichtringträger mit dem Kolben
durch einen radial umgeformten Bereich miteinander verbunden sind.
5. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung oder der Dichtringträger mit dem Kolben durch einen radial nach innen umgeformten Bereich des Kolbens, der in eine außenseitige Nut der Dichtung oder des Dichtringträgers eingreift, verbunden sind.
6. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umformbereich des Kolbens durch radial nach innen gerichtetes Bördeln in die Nut der Dichtung oder des Dichtringträgers eingreift.
7. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformbereich des Kolbens nach dem Bördeln unter Erzeugung einer axialen Vorspannung an einer kolbenseitigen Anlagefläche der Nut der Dichtung oder der Nut des Dichtringträgers anliegt.
8. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung oder der Dichtringträger kolbenseitig einen zylinderförmigen Vorsprung aufweist, der in eine korrespondierende Durchmessererweiterung des Kolbens eingreift.
9. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Kolbens und der Innendurchmesser des zylinderförmigen Vorsprungs im Wesentlichen gleich sind.
10. Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung mit dem Dichtringträger durch spielfreies Einknüpfen verbunden ist.
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