WO2015074656A1 - Kolben-zylindereinheit die eine kunststofffeder enthält - Google Patents

Kolben-zylindereinheit die eine kunststofffeder enthält Download PDF

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WO2015074656A1
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Thomas Rammhofer
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F15B7/00Systems in which the movement produced is definitely related to the output of a volumetric pump; Telemotors
    • F15B7/06Details
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F16F1/00Springs
    • F16F1/36Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/366Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers made of fibre-reinforced plastics, i.e. characterised by their special construction from such materials
    • F16F1/3665Wound springs

Definitions

  • the invention relates to a piston-cylinder unit, such as a master cylinder or a
  • Slave cylinder in particular for a pressure medium actuating device of a motor vehicle.
  • Piston-cylinder units are widely used in the art.
  • clutches or gears are actuated by means of pressure medium actuation devices, in which a piston-cylinder unit are used as master cylinder or slave cylinder.
  • a piston-cylinder unit are used as master cylinder or slave cylinder.
  • a piston is arranged axially displaceable manner, where actuated by the varying volume for the pressure medium actuation.
  • a spring is provided which acts on the piston in the direction of the starting position.
  • a magnetic or inductive sensor is used in the rule. This is located outside the cylinder and detects a magnetic or metallic element on the piston inside the cylinder.
  • An embodiment of the invention relates to a piston-cylinder unit having a cylinder with a cylinder chamber and arranged in the cylinder chamber axially displaceable piston, wherein within the cylinder space a spring is arranged, which at an axial end portion of the cylinder and an axial end portion of the piston in axial Supported direction and the piston, wherein the spring consists of a non-magnetic and non-electrically conductive material.
  • the spring can be arranged in the cylinder space, wherein a sensor element for detecting the piston position can be provided on the piston, without this being disturbed by a metallic or magnetic spring element.
  • the spring is advantageously designed to save space and arranged in a protected space, so that they would not be exposed to external influences.
  • the spring consists of a plastic material. As a result, the production is simplified and inexpensive.
  • the spring consists of a fiber-reinforced plastic material, such as a glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastic material.
  • a fiber-reinforced plastic material such as a glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastic material.
  • Injection molded part is made. As a result, the production is guaranteed particularly favorable.
  • the spring has turns which have a round and / or angular cross section and / or have different cross sections in different regions of the spring. As a result, the spring stiffness of the spring or its spring characteristic can be optimized.
  • the spring have at least one of its end regions turns with a round or not round shape, which serve for the positive connection of the spring to the cylinder or the piston.
  • the spring can be connected to the piston and / or to the cylinder, which also defines the positioning of the spring during operation, so that the spring is clearly defined by its characteristic.
  • the cylinder and / or the piston prefferably have a round or noncircular receptacle in the cut, into which openings of an end region of the spring engage.
  • the turns, which engage in the receptacle have a diameter which is smaller than other turns of the spring. This facilitates the assembly of the spring.
  • Figure 1 is an illustration of a piston-cylinder unit according to the invention.
  • the piston-cylinder unit 1 shows a piston-cylinder unit 1 with a cylinder 2 with a cylinder chamber 3.
  • the cylinder chamber 3 is cylindrical and receives a piston 4 axially displaceable.
  • the cylinder 2 is formed in two parts and has a first cylinder wall element 5 and a second cylinder wall element 8, which are interconnected.
  • the piston 4 is cylindrical and has at its one end a piston rod 6 which is connected to the piston 4 in order to displace the piston 4 by means of an actuator, not shown.
  • the actuator can be, for example, a pedal or an electromotive actuator or the like.
  • a spring 7 is arranged, which is formed with a plurality of Wnditch 9.
  • the turns 9 at the two end regions 10, 11 have a smaller diameter than the walls in the middle region 12.
  • the walls in the end region 10, 11 are advantageously not circular in cross-section, but instead have, for example, an oval or angular cross-section.
  • the cylinder 2 has a receptacle 13, in which engage the Wnditch in the end portion 10.
  • the piston 4 has a receptacle 14, in which the Wnditch in the end region 1 1 engage.
  • the receptacles are advantageously also not round in section, so that there is a positive connection between spring and cylinder or spring and piston.
  • the spring 7 is made according to the invention of a non-magnetic and non-electrically conductive material.
  • the spring is advantageously made of a plastic, in particular made of a glass fiber reinforced and / or carbon fiber reinforced plastic. It is particularly advantageous if the spring is produced in an injection molding or casting process, in particular in an injection molding process. It is also advantageous if the spring has turns which have a round and / or square, such as square or rectangular cross-section.
  • the cross section of a turn over the length of the spring may be the same, such as round or square or the cross section may also vary over the length of the spring to cause a modulation of the characteristic.
  • the shape of the cross section may change or the diameter of the cross section.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylindereinheit (1) mit einem Zylinder (2) mit einem Zylinderraum (3) und mit einem in dem Zylinderraum (3) angeordneten axial verschieblichen Kolben (4), wobei innerhalb des Zylinderraums (3) eine Feder (7) angeordnet ist, welche sich an einem axialen Endbereich des Zylinders und einem axialen Endbereich des Kolbens in axialer Richtung abstützt und den Kolben (4) beaufschlagt, wobei die Feder (7) aus einem nichtmagnetischen und nicht elektrisch leitfähigem faserverstärktem KunststoffMaterial besteht.

Description

KOLBEN-ZYLINDEREINHEIT DIE EINE KUNSTSTOFFFEDER ENTHÄLT
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylindereinheit, wie einen Geberzylinder oder einen
Nehmerzylinder, insbesondere für eine Druckmittelbetätigungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs.
Kolben-Zylindereinheiten sind im Stand der Technik weit verbreitet. So werden Kupplungen oder Getriebe mittels Druckmittelbetätigungsvorrichtungen betätigt, bei welchen eine Kolben- Zylindereinheit als Geberzylinder oder Nehmerzylinder eingesetzt werden. Dabei liegt ein Zylinder vor, in welchem ein Kolben üblicher Weise axial verlagerbar angeordnet ist, wo bei durch das variierende Volumen für das Druckmittel eine Betätigung umgesetzt wird. Damit der Kolben bei beendeter Beaufschlagung wieder in seine Ausgangsposition zurückkehrt, wird eine Feder vorgesehen, welche den Kolben in Richtung auf die Ausgangsposition beaufschlagt. Zur Erkennung der Position des Kolbens wird dabei in der Regel ein magnetischer oder induktiver Sensor eingesetzt. Dieser ist außerhalb des Zylinders angeordnet und detektiert ein magnetisches oder metallisches Element am Kolben innerhalb des Zylinders. Wird dabei eine Feder im Bereich des Kolbens eingesetzt, so verfälscht die Feder aufgrund ihrer metallischen Ausführung aus Federdraht die Positionserkennung. Daher ist es im Stand der Technik auch bekannt, dass die Feder außerhalb des Zylinders und koaxial zur Kolbenstange angeordnet ist. Dadurch wird zwar erreicht, dass die Feder abseits des Kolbens angeordnet ist, dennoch ist diese Art der Montage mit Problemen behaftet. Die Montage ist erschwert, die Anordnung ist bauraumintensiv und auch risikobehaftet hinsichtlich Betätigungsgeräuschen, Verschleiß und Korrosion.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kolben-Zylindereinheit zu schaffen, welche einfach aufgebaut ist und dennoch gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Kolben-Zylindereinheit mit einem Zylinder mit einem Zylinderraum und mit einem in dem Zylinderraum angeordneten axial verschieblichen Kolben, wobei innerhalb des Zylinderraums eine Feder angeordnet ist, welche sich an einem axialen Endbereich des Zylinders und einem axialen Endbereich des Kolbens in axialer Richtung abstützt und den Kolben beaufschlagt, wobei die Feder aus einem nichtmagnetischen und nicht elektrisch leitfähigem Material besteht. Dadurch kann die Feder in dem Zylinderraum angeordnet sein, wobei an dem Kolben ein Sensorelement zur Detektierung der Kolbenposition vorgesehen sein kann, ohne dass dieses durch ein metallisches oder magnetisches Federelement gestört werden würde. Auch ist die Feder vorteilhaft bauraumsparend ausgeführt und in einem geschützten Raum angeordnet, so dass sie keiner äußeren Beeinflussung ausgesetzt wäre.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Feder aus einem Kunststoffmaterial besteht. Dadurch ist die Herstellung vereinfacht und kostengünstig.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Feder aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, wie einem glasfaserverstärktem oder kohlenstoff-faserverstärktem Kunststoffmaterial, besteht. Dadurch lassen sich hohe Federsteifigkeiten bei gleichzeitig guter Herstellbarkeit realisieren.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Feder als gegossene oder gespritzte Feder oder als
Spritzgussteil hergestellt ist. Dadurch ist die Fertigung besonders günstig gewährleistet.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Feder Windungen aufweist, die einen runden und/oder eckigen Querschnitt aufweisen und/oder in unterschiedlichen Bereichen der Feder unterschiedliche Querschnitte aufweist. Dadurch kann die Federsteifigkeit der Feder bzw. deren Federkennlinie optimiert werden.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Feder an zumindest einem ihrer Endbereiche Windungen mit runder oder nicht runder Gestalt aufweisen, welche der formschlüssigen Verbindung der Feder mit dem Zylinder oder dem Kolben dienen. Dadurch kann die Feder an den Kolben und/oder an den Zylinder angebunden werden, was die Positionierung der Feder auch im Betrieb definiert, so dass die Feder mit ihrer Kennlinie eindeutig definiert ist.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Zylinder und/oder der Kolben eine im Schnitt runde oder nicht runde Aufnahme aufweist, in welche Wndungen eines Endbereichs der Feder eingreifen. Dadurch ist während des Betriebs auch keine Verdrehung möglich, was die Positionierung wiederum eindeutig macht. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Windungen, welche in die Aufnahme eingreifen, einen Durchmesser aufweisen, welcher geringer ist als andere Windungen der Feder. Dies erleichtert die Montage der Feder.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert:
Dabei zeigen:
Figur 1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylindereinheit.
Die Figur 1 zeigt eine Kolben-Zylindereinheit 1 mit einem Zylinder 2 mit einem Zylinderraum 3. Der Zylinderraum 3 ist zylindrisch ausgebildet und nimmt einen Kolben 4 axial verschieblich auf. Der Zylinder 2 ist dabei zweiteilig ausgebildet und weist ein erstes Zylinderwandelement 5 und ein zweites Zylinderwandelement 8 auf, die miteinander verbunden sind. Der Kolben 4 ist zylindrisch ausgebildet und weist an seinem einen Ende eine Kolbenstange 6 auf, die mit dem Kolben 4 verbunden ist, um den Kolben 4 mittels eines nicht dargestellten Aktuators verlagern zu können. Dabei kann der Aktuator beispielsweise ein Pedal oder ein elektromotorischer Ak- tuator oder ähnliches sein.
In dem Zylinderraum 3 ist eine Feder 7 angeordnet, welche mit einer Vielzahl von Wndungen 9 ausgebildet ist. Die Windungen 9 an den beiden Endbereichen 10, 11 weisen einen kleineren Durchmesser auf als die Wndungen in dem mittleren Bereich 12. Die Wndungen im Endbereich 10, 1 1 sind vorteilhaft nicht im Schnitt rund ausgebildet, sondern weisen beispielsweise einen ovalen oder eckigen Querschnitt auf. Der Zylinder 2 weist eine Aufnahme 13 auf, in welche die Wndungen im Endbereich 10 eingreifen. Auch der Kolben 4 weist eine Aufnahme 14 auf, in welche die Wndungen im Endbereich 1 1 eingreifen. Dabei sind die Aufnahmen vorteilhaft im Schnitt ebenso nicht rund ausgebildet, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen Feder und Zylinder bzw. Feder und Kolben vorliegt.
Die Feder 7 ist erfindungsgemäß aus einem nicht magnetischen und nicht elektrisch leitenden Material hergestellt. Dabei ist die Feder vorteilhaft aus einem Kunststoff, wie insbesondere aus einem glasfaserverstärkten und/oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff hergestellt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Feder in einem Spritz oder Gießprozess hergestellt wird, wie insbesondere in einem Spritzgussprozess. Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn die Feder Windungen aufweist, die einen runden und/oder eckigen, wie quadratischen oder echteckigen Querschnitt aufweisen. So kann der Querschnitt einer Windung über die Länge der Feder gleich sein, wie rund oder eckig oder der Querschnitt kann sich auch über die Länge der Feder ändern, um eine Modulation der Kennlinie zu bewirken. Dabei kann sich die Form des Querschnitts verändern oder der Durchmesser des Querschnitts.
Bezugszeichenliste Kolben-Zylindereinheit
Zylinder
Zylinderraum
Kolben
Zylinderwandelement
Kolbenstange
Feder
Zylinderwandelement
Windung
Endbereich
Endbereich
mittlerer Bereich
Aufnahme
Aufnahme

Claims

Patentansprüche
1. Kolben-Zylindereinheit (1) mit einem Zylinder (2) mit einem Zylinderraum (3) und mit einem in dem Zylinderraum (3) angeordneten axial verschieblichen Kolben (4), wobei innerhalb des Zylinderraums (3) eine Feder (7) angeordnet ist, welche sich an einem axialen Endbereich des Zylinders und einem axialen Endbereich des Kolbens (4) in axialer Richtung abstützt und den Kolben (4) beaufschlagt, wobei die Feder (7) aus einem nichtmagnetischen und nicht elektrisch leitfähigem Material besteht.
2. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7) aus einem Kunststoffmaterial besteht.
3. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7) aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, wie glasfaserverstärktem oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoffmaterial, besteht.
4. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7) als gegossene oder gespritzte Feder oder als Spritzgussteil hergestellt ist.
5. Kolben-Zylindereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7) Windungen (9) aufweist, die einen runden und/oder eckigen Querschnitt aufweisen und/oder in unterschiedlichen Bereichen der Feder unterschiedliche Querschnitte aufweist.
6. Kolben-Zylindereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7) an zumindest einem ihrer Endbereiche (10, 1 1) Windungen (9) mit runder oder nicht runder Gestalt aufweisen, welche der formschlüssigen Verbindung der Feder mit dem Zylinder oder dem Kolben dienen.
7. Kolben-Zylindereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (2) und/oder der Kolben (4) eine im Schnitt runde oder nicht runde Aufnahme aufweist, in welche Wndungen eines Endbereichs der Feder eingreifen.
8. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen, welche in die Aufnahme (13, 14) eingreifen einen Durchmesser aufweisen, welcher geringer ist als andere Wndungen der Feder (7).
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