WO2017174064A1 - Dichtung für kolben-zylinder-anordnung - Google Patents

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WO2017174064A1
WO2017174064A1 PCT/DE2017/100226 DE2017100226W WO2017174064A1 WO 2017174064 A1 WO2017174064 A1 WO 2017174064A1 DE 2017100226 W DE2017100226 W DE 2017100226W WO 2017174064 A1 WO2017174064 A1 WO 2017174064A1
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WO
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piston
seal
pressure
housing
pressure chamber
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PCT/DE2017/100226
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Jan Grabenstätter
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D25/00—Fluid-actuated clutches
    • F16D25/08—Fluid-actuated clutches with fluid-actuated member not rotating with a clutching member
    • F16D25/082—Fluid-actuated clutches with fluid-actuated member not rotating with a clutching member the line of action of the fluid-actuated members co-inciding with the axis of rotation
    • F16D25/083—Actuators therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D48/00—External control of clutches
    • F16D48/02—Control by fluid pressure
    • F16D2048/0212—Details of pistons for primary or secondary cylinders especially adapted for fluid control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2300/00—Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/08—Details or arrangements of sealings not provided for in group F16D3/84

Definitions

  • the present invention relates to a piston-cylinder assembly, such as a slave cylinder, a master cylinder or a Monausschreiber, for a (hydraulic) coupling, with a housing and a piston axially displaceably arranged therein and with an annular pressure chamber, which between the piston and the housing is formed and with a pressure medium, such as a hydraulic laulikfluid, for Zwangsverlagern the piston is filled, wherein the piston has a seal which faces the pressure chamber and with a radially inner and a radially outer sealing lip the housing against fluid passage in the direction of the piston seals.
  • the present invention also relates to a clutch, such as a single clutch or a dual clutch for a motor vehicle, with the piston-cylinder assembly according to the invention.
  • a clutch such as a single clutch or a dual clutch for a motor vehicle
  • the piston-cylinder assembly according to the invention.
  • Various piston-cylinder arrangements are already known from the prior art.
  • DE 10 2014 216 104 A1 discloses a slave cylinder, which is used in particular for a towed clutch system, with a piston which can be axially displaceably arranged in a housing by means of a pressure of a pressure medium that can be built up in a pressure chamber, the piston being actuated by means of a tensioning means ensures the transmission of a tensile force on a release lever of a clutch to the actuation, and the piston is annular and the traction means arranged between the piston and the release lever is attached to the annular piston.
  • annular gap diameter is understood to mean an annular gap which arises between the cylinder and the piston arranged concentrically therein, since an outer diameter of the piston is smaller than an inner diameter of the cylinder. This means that with increasing size of the annular gap diameter, the inertia of the system increases and the Ausschwegmann increases.
  • the object of the invention is therefore to avoid or at least mitigate the disadvantages of the prior art, and in particular to minimize the release volume of the sealing ring over the entire duration of the mileage.
  • the object of the invention is achieved by a generic piston-cylinder arrangement, characterized in that the geometry of the seal is adjusted so that with increasing pressure in the pressure chamber of a displacement and / or compression of the the gasket-forming material is counteracted without causing forced movement of the piston in the axial direction.
  • the seal is designed and arranged in an annular manner around the longitudinal axis of the piston and / or the longitudinal axis of the housing designed as a cylinder.
  • the seal is arranged concentrically to both the piston and the cylinder and can optimally seal the space between the piston and cylinder.
  • the seal is designed to run in an annular manner around a central axis running around in the circumferential direction, in the form of an annular ring, in the shape of a C-profile, in a seeger ring or in a slit.
  • the open C-profile-like, seergerringieri or slotted embodiment has the advantage that an elastic deformation of the sealing material can be made targeted by pressure build-up in the pressure chamber. It has proved to be particularly advantageous if the C-profile-like, seeger ring-like and / or a slot having seal on a side facing the piston is open or the slot is present on the piston side facing.
  • the open-sided side of the seal faces the piston or is in abutment therewith and is pressed against the piston during pressure buildup in the pressure space, whereby the radially inner and the radially outer sealing lips are positioned sealingly against the housing.
  • the seal has or forms a cavity in its interior.
  • the cavity can be filled with the pressure medium. Therefore, it is particularly advantageous that the seal has an access, which is formed as a channel or a hole and leads to the cavity. Through this access, the pressure medium during the pressure build-up in the pressure chamber also flow into the cavity and thus prevent the elastic deformation of the seal due to the increasing pressure in the pressure chamber surrounding the seal causes the seal deformed in the direction of the cavity, so to speak "collapses", and thus stands out from the piston and the cylinder housing, whereby the sealing Effect of the seal would be lost.
  • the internal cavity is connected via the access fluid-conducting / fluid-connecting / fluid-permeable to the pressure chamber.
  • the seal is positioned / arranged on both sides in the axial direction and / or axially prestressed.
  • the housing and the seal are matched to one another such that the seal at least partially flows around / is enveloped by the pressure medium or can be flowed around / flowed around. This can be ensured that results in a uniform and uniformly distributed pressure build-up by the incoming pressure medium in the pressure chamber.
  • a support ring between the piston and the seal is arranged / provided.
  • a gap extrusion can be prevented, which extends the life of the seal.
  • a gap extrusion is meant that the seal deforms due to the increasing pressure in the pressure chamber so that it or parts of it are pushed into the (ring) gap between the piston and the housing.
  • the support ring is spaced from the housing or arranged / positioned without bearing to the housing. Thereby, it can be prevented that the support ring by contact and / or rubbing on the tread wears to the housing and caused by the resulting loss of material the Freistellvolumen or is increased.
  • the seal is biased in the axial direction by the piston and a stop means.
  • the axial preload already leads to a first elastic deformation of the sealing material, whereby a clearance volume between the piston and seal is reduced and / or even completely can be dispensed with.
  • the stop means is formed as an integral / einmaterialiger / one-piece / stoffstoff section of the piston or as a separate component, such as one or more plate (s), ring (s), disc (s) or one / more Blocking element (s), is formed. Due to the one-piece design of the stop means with the piston, the number of individual parts can be reduced, whereas a stop means is easily exchangeable as a separate component.
  • the seal is penetrated by a piston-fixed and extending in the direction of the pressure chamber fastener.
  • the seal can then be biased by a separate component or blocking element, which is fixed to and / or on the fastening element, between the blocking element and the piston.
  • the fastening element is designed as a pin or as a pin. These are characterized by a simple or simple geometry and are suitable for fastening the blocking element, in particular if this is designed like a ring.
  • a plurality of fasteners is present. These are preferably arranged distributed equally along a circumferential direction of the piston. By a plurality of equally distributed fasteners, a biasing force over the entire circumference evenly distributed on the seal can be applied. It is advantageous in this case if the stop means is preferably fastened to the piston on a side remote from the release bearing, in particular a distal end facing the pressure chamber. Furthermore, it has proved to be advantageous if the gasket has a U or C profile in cross section. By means of this embodiment of the seal, it is ensured that the pressure lips bear in a fluid-tight manner against the housing as well as against the piston when the pressure builds up in the pressure space.
  • a preload spring is arranged, which acts on the piston.
  • the seal is formed semicircular in cross section and / or has only a single radial sealing lip.
  • This embodiment is preferably suitable for a master cylinder or a semi-hydraulic slave cylinder.
  • the invention also relates to a clutch, such as a single clutch or a dual clutch for a motor vehicle, with a piston-cylinder arrangement according to the invention.
  • the invention consists in that the inner sealing lip and the outer sealing lip at the contact point to the piston in the radial direction are movable against the piston.
  • the seal between the piston and the housing is biased.
  • the piston in this case clamps the seal between itself or a support ring and the housing.
  • the inner and the outer sealing lip of the seal are in this case pressed against both the housing and against the piston or support ring.
  • sealing edges form the seal of the sealing lips to the piston or support ring by the sealing edges are pressed by the bias of the seal in the axial direction against the piston or support ring.
  • the seal can be flowed around in the clamped position, ribs are attached to the sealing back along the circumference. Also along the circumference are located in the area of the outer sealing lip channels. These channels provide on the one hand for the ventability of the space within the seal in a filling of the piston-cylinder assembly with fluid and on the other hand ensure a pressure balance between the space within the seal to the space outside the seal.
  • a seal which acts on the piston, or optionally on a support ring.
  • the sealing lips formed on the seal act on the support ring and the piston and are movable in a radial direction.
  • the fluid flows through the access port into the interior of the seal and the sealing lips press against the support ring and the piston and against the inside / tread of the cylinder housing.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a piston-cylinder assembly in half section; and FIG. 2 shows a diagram which represents the fluid volume of the pressure medium in the pressure chamber as a function of the pressure.
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a piston-cylinder arrangement 1 with a (cylinder) housing 2 and a piston 3 arranged axially displaceable therein.
  • a pressure chamber 4 is formed, which can be filled with a pressure medium 5 is to move the piston 3 axially.
  • the piston 3 also has a seal 6, which faces the pressure chamber 4 and is provided with a radially inner sealing lip 7 and a radially outer sealing lip 8.
  • the sealing lips 7, 8 seal the housing 2 against fluid passage in the direction of the piston 3.
  • a support ring 9 may be provided between the piston 3 and the seal 6.
  • the housing 2 facing away from the end face 10 of the piston 3 serves to connect to a release bearing, which is not shown here. Further, the housing 2 has an opening 1 1, via which the pressure medium 5 is supplied to the pressure chamber 4 and flows into the pressure chamber 4.
  • the seal 6 is designed to be sea-ring-shaped or slotted, with a side of the seal 6 facing the piston 3 being open or the slot being present on the side facing the piston 3.
  • a cavity 12 is formed in the interior of the seal 6.
  • the cavity 12 is connected via an access 13 or more circumferentially distributed access 13 with the surrounding the seal 6 part of the pressure chamber 4 fluidly connected. So it can be ensured that both in the cavity 12 in the interior of the seal 6 and outside the seal 6, the same pressure prevails.
  • These accesses 13 provide for the venting of the space 12 within the seal 6 when the pressure space 4 is filled with the pressure medium 5.
  • the piston 3 In the engaged state of the piston 3 shown here, the piston 3 is pressed against the housing 2 by the coupling (not shown).
  • the piston 3 in this case biases the seal 6 between the support ring 9 and the housing 2.
  • the inner and the outer sealing lip 7, 8 of the seal 6 are in this case pressed against both the housing 2 and against the support ring 9.
  • sealing edges 15, 16 form the seal of the sealing lips 7, 8 to the support ring 9, by pressing the derhtungskanten 15, 16 in the axial direction against the support ring 9 by the bias of the seal 6.
  • the seal 6 can be flowed around in the clamped position, are at a sealing ridge 17, ie, a region of the seal, which faces the pressure chamber 4, along the circumference, that is distributed in the radial direction, Fluidleitwege 14, here for example in the form of Ridges 18 formed, attached.
  • FIG. 2 shows a diagram which represents the volume of the pressure medium 5 as a function of the pressure in the pressure space 4.
  • the dashed line in this case shows the curve for a piston-cylinder arrangement conventionally used known from the prior art and the solid line shows the course of a func- tion pattern for the piston-cylinder assembly according to the invention, which was built to the function of Check seal 6 / prove.
  • the piston 3 and a release bearing (not shown), the functional pattern is identical to the prior art example used for checking the function and differs therefrom only in the embodiment of the seal 6.
  • the parabolic region at low pressures shown in the diagram shown in FIG. 2 results mainly from the release volume on the seal 6. It can be seen from the diagram that when using the seal 6 according to the invention, the proportion of the seal 6 on the softness of the seal 6 Systems (corresponds to the parabolic area) has almost disappeared.

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Abstract

Kolben-Zylinder-Anordnung (1) für eine Kupplung, mit einem Gehäuse (2) und einem darin axial verschiebbar angeordneten Kolben (3) und mit einem ringförmigen Druckraum (4), welcher zwischen dem Kolben und dem Gehäuse ausgebildet ist und mit einem Druckmedium (5) zum Zwangsverlagern des Kolbens befüllbar ist, wobei der Kolben eine Dichtung (6) aufweist, welche dem Druckraum zugewandt ist und mit einer radial inneren und einer radial äußeren Dichtlippe (7, 8) das Gehäuse gegen Fluiddurchlass in Richtung des Kolbens abdichtet, wobei die Geometrie der Dichtung so abgestimmt ist, dass bei zunehmendem Druck im Druckraum einer Verlagerung und/oder Kompression des die Dichtung ausbildenden Materials ohne Hervorrufen einer Zwangsbewegung des Kolbens in Axialrichtung entgegengewirkt wird. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Kupplung, wie eine Einfachkupplung oder eine Doppelkupplung für ein Kraftfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung.

Description

Dichtung für Kolben-Zylinder-Anordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung, wie beispielsweise einen Nehmerzylinder, einen Geberzylinder oder einen Zentralausrücker, für eine (hydraulische) Kupplung, mit einem Gehäuse und einem darin axial verschiebbar angeordneten Kolben und mit einem ringförmigen Druckraum, welcher zwischen dem Kolben und dem Gehäuse ausgebildet ist und mit einem Druckmedium, wie ein Hyd- raulikfluid, zum Zwangsverlagern des Kolbens befüllbar ist, wobei der Kolben eine Dichtung aufweist, welche dem Druckraum zugewandt ist und mit einer radial inneren und einer radial äußeren Dichtlippe das Gehäuse gegen Fluiddurchlass in Richtung des Kolbens abdichtet. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Kupplung, wie eine Einfachkupplung oder eine Doppelkupplung für ein Kraftfahrzeug, mit der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung. Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Kolben-Zylinder-Anordnungen bekannt. So offenbart bspw. die DE 10 2014 216 104 A1 einen Nehmerzylinder, der insbesondere für ein gezogenes Kupplungssystem Anwendung findet, mit einem in einem Gehäuse durch einen in einem Druckraum aufbaubaren Druck eines Druckmediums axial verschiebbar angeordneten Kolben, wobei der Kolben mittels eines Zugmit- tels die Übertragung einer Zugkraft auf einen Ausrückhebel einer Kupplung zu deren Betätigung gewährleistet, und der Kolben ringförmig ausgebildet und das zwischen Kolben und Ausrückhebel angeordnete Zugmittel an dem ringförmigen Kolben befestigt ist. Weiterer Stand der Technik ist bspw. aus der DE 10 2014 209 026 A1 bekannt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Dichtungen haben jedoch den Nachteil, dass zu Beginn des Druckaufbaus der Dichtring in ein so genanntes Freistellvolumen gedrückt wird. Das Freistellvolumen beschreibt hierbei einen leeren Raum bzw. einen Freiraum zwischen dem Kolben und der Dichtung, welcher in einem entspannten (d.h. nicht mit Druck beaufschlagten) Zustand des Druckraums vorhanden ist. Somit wird zu Beginn des Druckaufbaus nicht der Kolben ausgerückt, sondern nur die Dichtung der Kolben-Zylinder-Anordnung in den Freistellvolumen gedrückt und dadurch elastisch deformiert. Daraus resultiert zum einen eine zeitliche Verzögerung zwischen Betätigung des Kolbens durch den durch das Einströmen des Druckmediums entstehen- den Druckaufbau in dem Druckraum bzw. der Druckkammer und Ausrücken des Kolbens. Das bedeutet, dass die Trägheit des Systems hoch ist. Zum anderen folgt daraus ein Ausrückwegverlust für den Kolben, weil nur eine begrenzte Menge an Druckmedium vorhanden ist, welches zum Druckaufbau bzw. zum Ausrücken des Kolbens in die Druckkammer eingeleitet wird.
Da ein Ringspaltdurchmesser der Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere bei Doppelkupplungssystemen mit zugedrückter Kupplung (normally closed) aus Bauraumgründen sehr groß sein kann, ergibt sich aufgrund der hierdurch notwendigen großen Dichtungslänge ein großes Freistellvolumen des Dichtrings. Unter einem Ringspaltdurchmesser wird ein ringförmig ausgebildeter Spalt verstanden, welcher zwischen dem Zylinder und dem darin konzentrisch angeordneten Kolben entsteht, da ein Außendurchmesser des Kolbens kleiner ist als ein Innendurchmesser des Zylinders. Das bedeutet, dass sich mit zunehmender Größe des Ringspaltdurchmessers die Trägheit des Systems erhöht und der Ausrückwegverlust zunimmt.
Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt, zwischen an der Dichtung vorhandenen Dichtlippen und dem Kolben so genannte Stützringe anzuordnen, die von der Dichtung gegen den Kolben gedrückt wird und mit einer Innenumfangsflä- che des Zylinders eine Gehäuselauffläche ausbildet, um Spaltextrusion zu vermeiden. Jedoch hat diese Anordnung der Stützringe den Nachteil, dass diese mit Fortschreiten der Laufleistung im Bereich der Lauffläche zum Gehäuse verschleißen. Der dadurch entstehende Materialverlust der Stützringe vergrößert hierbei nochmals das Freistellvolumen, was in einer Zunahme des Ausrückwegverlust und der Systemträgheit resul- tiert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern, und insbesondere das Freistellvolumen des Dichtrings über die gesamte Dauer der Laufleistung zu minimieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine gattungsgemäße Kolben-Zylinder- Anordnung dadurch gelöst, dass die Geometrie der Dichtung so abgestimmt ist, dass bei zunehmendem Druck im Druckraum einer Verlagerung und/oder Kompression des die Dichtung ausbildenden Materials ohne Hervorrufen einer Zwangsbewegung des Kolbens in Axialrichtung entgegengewirkt wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und wer- den nachfolgend erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Dichtung ringförmig um die Längsachse des Kolbens und/oder die Längsachse des als Zylinder ausgebildeten Gehäuses umlaufend ausgebildet und angeordnet ist. Dadurch ist die Dichtung konzentrisch zu sowohl dem Kolben als auch dem Zylinder angeordnet und kann den Zwischenraum zwischen Kolben und Zylinder optimal abdichten.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Dichtung ringförmig um eine in Umfangsrichtung umlaufende Zentralachse verlaufend geschlossen, kreisringartig, C-profilartig, seeger- ringartig oder einen Schlitz aufweisend ausgebildet ist. Besonders die offene C- profilartige, seegerringartige bzw. geschlitzte Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine elastische Deformation des Dichtungsmaterials durch Druckaufbau in der Druckkammer gezielt vorgenommen werden kann. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die C-profilartige, seeger- ringartige und/oder einen Schlitz aufweisende Dichtung auf einer dem Kolben zugewandten Seite offen ist oder der Schlitz auf der dem Kolben zugewandten Seite vorhanden ist. Dadurch ist die offen gestaltete Seite der Dichtung dem Kolben zugewandt bzw. mit diesem in Anlage und wird bei Druckaufbau im Druckraum gegen diesen ge- drückt, wodurch die radial innere und die radial äußere Dichtlippe dichtend gegen das Gehäuse positioniert werden.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Dichtung in ihrem Inneren einen Hohlraum aufweist bzw. ausbildet. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Hohlraum mit dem Druckme- dium befüllt werden kann. Daher ist es besonders vorteilhaft, dass die Dichtung einen Zugang aufweist, welcher als ein Kanal oder ein Loch ausgebildet ist und bis zu dem Hohlraum führt. Durch diesen Zugang kann das Druckmedium während des Druckaufbaus in der Druckkammer auch in den Hohlraum fließen und so verhindern, dass die elastische Deformation der Dichtung aufgrund des zunehmenden Drucks in der die Dichtung umgebenden Druckkammer dazu führt, dass sich die Dichtung in Richtung des Hohlraums deformiert, also sozusagen„in sich zusammenfällt", und sich dadurch von dem Kolben und dem Zylindergehäuse abhebt, wodurch die dichtende Wirkung der Dichtung verloren gehen würde.
Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, wenn der Hohlraum und der Zugang so beschaffen sind, dass Druck in der Radialrichtung auf das Material der Dichtung beim Druckaufbau in Richtung der Dichtlippen aufgebracht wird. Hierdurch wird zum einen ermöglicht, dass in dem innenliegenden Hohlraum der Dichtung immer der gleiche Druck herrscht, wie in dem die Dichtung umgebenden Teil des Druckraums. Durch diese„Druckgleichheit" bzw. den Zustand eines konstanten Drucks innerhalb und außerhalb der Dichtung kann verhindert werden, dass die Dichtung, wie vorstehend bereits geschrieben,„in sich zusammenfällt" und dadurch die Dichtwirkung verloren geht. Zum anderen bewirkt der Druck in dem Hohlraum, dass die Dichtlippen während des Druckaufbaus gegen den Kolben und/oder das Gehäuse gedrückt werden und die Deformation der Dichtung so lediglich dazu führt, dass die Dichtwirkung erhöht wird. Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn während des Druckaufbaus in dem Druckraum über den Zugang gewährleistet ist, dass in dem innenliegenden Hohlraum (immer) der gleiche Druckzustand herrscht wie in dem die Dichtung umgebenden Druckraum.
Dadurch wird verhindert, dass die Dichtung aufgrund eines höheren Drucks in dem sie umgebenden Teil des Druckraums„in sich zusammenfällt" und sich dadurch von den abzudichtenden Flächen an dem Kolben und/oder an dem Gehäuse abhebt / loslöst.
Hierfür hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der innenliegende Hohlraum über den Zugang fluidleitend / fluidverbindend / fluiddurchlassend mit dem Druckraum verbunden ist. Dadurch kann gewährleistet werden, dass ein für den Druckaufbau in dem Druckraum einströmendes Druckmedium auch in den innenliegenden Hohlraum der Dichtung gelangt. Ferner vorteilhaft ist es, wenn die Dichtung in zumindest dem Betriebszustand, in dem der Kolben eingerückt, d.h. druckraumnah, angeordnet ist, in axialer Richtung gesehen beidseitig anliegend und/oder axial vorgespannt positioniert / angeordnet ist.
Durch eine axiale Vorspannung in diesem Betriebszustand wird die Dichtung bereits elastisch deformiert, so dass die elastische Deformation der Dichtung während des Druckaufbaus in der Druckkammer geringer ausfällt. Das bedeutet, dass ein geringeres Freistellvolumen - und im besten Fall gar kein Freistellvolumen mehr - benötigt wird. Somit kann die Trägheit des Systems und der Ausrückwegverlust reduziert werden.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse und die Dichtung so aufeinander abgestimmt sind, dass die Dichtung zumindest teilweise von dem Druckmedium umströmt / umflossen ist oder umströmbar / umfließbar ist. Dadurch kann gewährleistet werden, dass sich durch das einströmende Druckmedium in den Druckraum ein gleichmäßiger und gleichverteilter Druckaufbau ergibt.
Hierfür hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn an einer Außenseite / Außenkontur der Dichtung, einem so genannten Dichtrücken in Radialrichtung wirkende oder leitende Fluidwege vorbereitet sind. Diese Fluidleitwege sind vorteilhafterweise durch in Radialrichtung ausgerichtete Rippen begrenzt. Durch die Fluidleitwege wird ermöglicht, dass die Dichtung auch im Zustand der axialen Vorspannung von dem einströmenden Druckmedium umflossen / umströmt werden kann.
Ferner vorteilhaft ist es, wenn ein Stützring zwischen dem Kolben und der Dichtung angeordnet / vorgesehen ist. Durch den Stützring kann eine Spaltextrusion verhindert werden, was die Lebensdauer der Dichtung verlängert. Unter einer Spaltextrusion wird verstanden, dass sich die Dichtung aufgrund des zunehmenden Drucks in der Druckkammer so deformiert, dass sie bzw. Teile von ihr in den (Ring-)Spalt zwischen dem Kolben und dem Gehäuse geschoben werden.
Hierbei besonders von Vorteil ist es, wenn der Stützring von dem Gehäuse beabstandet bzw. anlagefrei zum Gehäuse angeordnet / positioniert ist. Dadurch kann verhindert werden, dass der Stützring durch Kontakt und/oder Reiben an der Lauffläche zum Gehäuse verschleißt und durch den dadurch entstehenden Materialverlust das Freistellvolumen entsteht bzw. vergrößert wird.
Ferner ist es denkbar, dass die Dichtung in Axialrichtung durch den Kolben und ein Anschlagmittel vorgespannt ist. Die axiale Vorspannung führt bereits zu einer ersten elastischen Deformation des Dichtmaterials, wodurch ein Freistellvolumen zwischen Kolben und Dichtung verringert wird und/oder sogar gänzlich darauf verzichtet werden kann. Ferner von Vorteil ist es, wenn das Anschlagmittel als integraler / einmaterialiger / einstückiger / einstofflicher Abschnitt des Kolbens ausgebildet ist oder als ein separates Bauteil, wie eine oder mehrere Platte(n), Ring(e), Scheibe(n) oder ein / mehrere Blo- ckierelement(e), ausgebildet ist. Durch die einstückige Ausbildung des Anschlagmittels mit dem Kolben kann die Einzelteilanzahl reduziert werden, wohingegen ein An- schlagmittel als ein separates Bauteil einfach austauschbar ist.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Dichtung von einem kolbenfesten und sich in Richtung des Druckraums erstreckenden Befestigungselement durchdrungen ist. In dieser Anordnung kann die Dichtung dann durch ein separates Bauteil bzw. Blockierelement, welches an und/oder auf dem Befestigungselement fixiert wird, zwischen dem Blockierelement und dem Kolben vorgespannt werden.
Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Befestigungselement als ein Stift oder als ein Pin ausgebildet ist. Diese zeichnen sich durch eine einfache bzw. simple Geometrie aus und eignen sich zur Befestigung des Blockierelements, insbesondere wenn dieses ringartig ausgebildet ist.
Hierbei ist es möglich, dass eine Vielzahl von Befestigungselementen vorhanden ist. Diese sind entlang einer Umfangsrichtung des Kolbens vorzugweise gleich verteilt angeordnet. Durch eine Vielzahl an gleichverteilten Befestigungselementen kann eine Vorspannkraft über den gesamten Umfang gleichmäßig verteilt auf die Dichtung aufgebracht werden. Vorteilhaft hierbei ist es, wenn das Anschlagmittel auf einer ausrücklagerfernen Seite, insbesondere einem dem Druckraum zugewandten distalen Ende, vorzugsweise lösbar, am Kolben befestigt ist. Ferner als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Dich- tung ein U- oder C-Profil im Querschnitt besitzt. Durch diese Ausführungsform der Dichtung wird gewährleistet, dass die Dichtlippen bei Druckaufbau in dem Druckraum sowohl gegen das Gehäuse als auch gegen den Kolben fluiddichtend anliegen.
Auch von Vorteil ist es, wenn entlang der radial äußeren Außenfläche des Gehäuses eine Vorlastfeder angeordnet ist, welche auf den Kolben wirkt.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Dichtung im Querschnitt halbkreisartig ausgebildet ist und/oder nur eine einzelne radiale Dichtlippe aufweist. Diese Ausführungsform eignet sich vorzugsweise für einen Geberzylinder oder einen semihydraulischen Neh- merzylinder.
Ferner betrifft die Erfindung auch eine Kupplung, wie eine Einfachkupplung oder eine Doppelkupplung für ein Kraftfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder- Anordnung.
Mit anderen Worten besteht die Erfindung darin, dass die innere Dichtlippe und die äußere Dichtlippe an der Kontaktstelle zum Kolben in radialer Richtung beweglich am Kolben anliegen. Ist die Kolben-Zylinder-Anordnung eingerückt, wird die Dichtung zwischen Kolben und Gehäuse vorgespannt. Der Kolben spannt hierbei die Dichtung zwischen sich bzw. einem Stützring und dem Gehäuse ein. Die innere und die äußere Dichtlippe der Dichtung werden hierbei sowohl gegen das Gehäuse als auch gegen den Kolben bzw. Stützring gedrückt. Dadurch bilden Dichtungskanten die Abdichtung der Dichtlippen zum Kolben bzw. Stützring, indem die Dichtungskanten durch die Vorspannung der Dichtung in axialer Richtung gegen den Kolben bzw. Stützring gedrückt werden.
Damit die Dichtung auch in eingespannter Stellung umströmt werden kann, sind am Dichtrücken entlang des Umfangs Rippen angebracht. Ebenfalls entlang des Umfangs befinden sich im Bereich der äußeren Dichtlippe Kanäle. Diese Kanäle sorgen zum einen für die Entlüftbarkeit des Raums innerhalb der Dichtung bei einer Befüllung der Kolben-Zylinder-Anordnung mit Fluid und gewährleisten zum anderen einen Druckausgleich zwischen dem Raum innerhalb der Dichtung zu dem Raum außerhalb der Dichtung.
Bevor der Kolben ausrückt, baut sich zum Überwinden einer Kupplungsvorlast ein Druck auf. Der im Druckraum herrschende Druck presst hierbei während des gesamten Ausrückvorgangs die Dichtung gegen den Kolben bzw. Stützring. Durch die radia- le Beweglichkeit der Dichtlippen am Kolben bzw. Stützring wird kein oder nur ein sehr geringes Freistellvolumen benötigt, wodurch sich die für eine bestimmte Ausrückweglänge des Kolbens benötigte Volumenaufnahme des Druckmediums deutlich verringert und die Systemträgheit reduziert wird. Durch das Vorspannen der Dichtung in dem eingerückten Zustand wird die Kolben-Zylinder-Anordnung zusätzlich steifer. Darüber hinaus wird die Montage der Dichtung (und optional des Stützrings) vereinfacht und die Dichtung kann unabhängig vom Kolben montiert werden. Daher sind keine Einführschrägen am Gehäuse mehr notwendig, was den notwendigen axialen Bauraum reduziert. Das bedeutet, dass eine Dichtung vorgesehen ist, welche auf den Kolben, bzw. optional auf einen Stützring, wirkt. Hierbei wirken die an der Dichtung ausgebildeten Dichtlippen auf den Stützring bzw. den Kolben und sind in einer Radialrichtung beweglich. Wenn Druck in dem Druckraum bzw. der Druckkammer aufgebaut wird, fließt das Fluid bzw. das Druckmedium durch den Zugang / Kanal in das Innere der Dichtung und die Dichtlippen drücken gegen den Stützring bzw. den Kolben und gegen die Innenseite / Lauffläche des Zylindergehäuses. Somit stellt dieser Aufbau eine Dichtung ohne Loslöseffekt (reiease effect) bzw. Retadiereffekt bereit, da kein (Freistell-) Volumen zwischen der Dichtung und dem Stützring bzw. dem Kolben benötigt wird. Das bedeutet, dass eine Dichtung als Nutdichtring ohne Ausrückwegverlust bereitgestellt wird, indem die Dichtlippen radial beweglich sind und sich am Stützring bzw. Kolben abstützen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Kolben-Zylinder-Anordnung im Halbschnitt; und Fig. 2 ein Diagramm, welches das Fluidvolumen des Druckmediums im Druckraum in Abhängigkeit vom Druck darstellt.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Kolben-Zylinder-Anordnung 1 mit einem (Zylinder-) Gehäuse 2 und einem darin axial verschiebbar angeordneten Kolben 3. Zwischen dem Kolben 3 und dem Gehäuse 2 ist ein Druckraum 4 ausgebildet, welcher mit einem Druckmedium 5 befüllbar ist, um den Kolben 3 axial zu verschieben. Der Kolben 3 weist ferner eine Dichtung 6 auf, welche dem Druckraum 4 zugewandt ist und mit einer radial inneren Dichtlippe 7 sowie einer radial äußeren Dichtlippe 8 versehen ist. Die Dichtlippen 7, 8 dichten das Gehäuse 2 gegen Fluiddurchlass in Richtung des Kolbens 3 ab. Optional kann zwischen dem Kolben 3 und der Dichtung 6 ein Stützring 9 vorgesehen sein.
Die dem Gehäuse 2 abgewandte Stirnseite 10 des Kolbens 3 dient der Anbindung zu einem Ausrücklager, welches hier nicht dargestellt ist. Ferner verfügt das Gehäuse 2 über eine Öffnung 1 1 , über die das Druckmedium 5 dem Druckraum 4 zugeführt wird bzw. in den Druckraum 4 einströmt.
Die Dichtung 6 ist in der hier gezeigten beispielhaften Ausführungsform seegerringar- tig bzw. geschlitzt ausgeführt, wobei eine dem Kolben 3 zugewandte Seite der Dichtung 6 offen ist bzw. der Schlitz auf der dem Kolben 3 zugewandten Seite vorhanden ist. Dadurch ist im Inneren der Dichtung 6 ein Hohlraum 12 ausgebildet. Der Hohlraum 12 ist über einen Zugang 13 oder mehrere in Umfangsrichtung verteilte Zugänge 13 mit dem die Dichtung 6 umgebenden Teil des Druckraums 4 fluidleitend verbunden. So kann sichergestellt werden, dass sowohl in dem Hohlraum 12 im Inneren der Dichtung 6 als auch außerhalb der Dichtung 6 der gleiche Druck herrscht. Darüber hinaus sorgen diese Zugänge 13 für die Entlüftbarkeit des Raums 12 innerhalb der Dichtung 6 bei einer Befüllung des Druckraums 4 mit dem Druckmedium 5.
In dem hier dargestellten eingerückten Zustand des Kolbens 3 wird der Kolben 3 durch die Kupplung (nicht gezeigt) gegen das Gehäuse 2 gedrückt. Der Kolben 3 spannt hierbei die Dichtung 6 zwischen deren Stützring 9 und dem Gehäuse 2 ein. Die innere und die äußere Dichtlippe 7, 8 der Dichtung 6 werden hierbei sowohl gegen das Gehäuse 2 als auch gegen den Stützring 9 gedrückt. Hierbei bilden Dichtungskanten 15, 16 die Abdichtung der Dichtlippen 7, 8 zum Stützring 9, indem die Diehtungskanten 15, 16 durch die Vorspannung der Dichtung 6 in axialer Richtung gegen den Stützring 9 gedrückt werden.
Damit die Dichtung 6 auch in eingespannter Stellung umströmt werden kann, sind an einem Dichtrücken 17, d.h., einem Bereich der Dichtung, welcher dem Druckraum 4 zugewandt ist, entlang des Umfangs, das heißt in Radialrichtung verteilt, Fluidleitwege 14, hier beispielhaft in Form von Rippen 18 ausgebildet, angebracht.
Bevor der Kolben 3 ausrückt, baut sich zum Überwinden einer Kupplungsvorlast ein Druck auf. Der im Druckraum 4 herrschende Druck presst hierbei während des ge- samten Ausrückvorgangs die Dichtung 6 gegen den Stützring 9.
Im Bereich zwischen den beiden Dichtungskanten 15, 16 drückt das Druckmedium 5 genau gegen den Stützring 9. Für den Fall, dass zwischen der Dichtung 6 und dem Gehäuse 2 beim Ausrücken eine extrem hohe Reibung herrscht, würde, wenn die auf den Stützring 9 wirkende Druckkraft die Kupplungskraft überschreitet, der Stützring 9 von der Dichtung 6 abheben. Das System wäre somit undicht. Daher wird, wie in der Fig. 1 gezeigt, der Abstand zwischen den beiden Dichtungskanten 15, 16 hinreichend klein gestaltet, sodass, damit der Stützring 9 von der Dichtung 6 abhebt, eine Reibung an der Dichtung 6 benötigt wird, die oberhalb eines Vielfachen der Kupplungskraft liegt. Somit kann durch einen geringen Abstand, bspw. von 1 mm, zwischen den Dichtungskanten 15, 16 eine hinreichend große Sicherheit gegen Leckage aufgrund von Abheben des Stützrings 9 von der Dichtung 6 gewährleistet werden. Fig. 2 zeigt ein Diagramm, welches das Volumen des Druckmediums 5 in Abhängigkeit vom Druck in dem Druckraum 4 darstellt. Die gestrichelte Linie zeigt hierbei die Kurve für eine üblicherweise eingesetzte Kolben-Zylinder-Anordnung bekannt aus dem Stand der Technik und die durchgezogene Linie zeigt den Verlauf eines Funkti- onsmusters für die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Anordnung, welches dazu aufgebaut wurde, die Funktion der Dichtung 6 nachzuprüfen / nachzuweisen. Das Funktionsmuster ist bzgl. dem Gehäuse 2, dem Kolben 3 und einem Ausrücklager (nicht gezeigt) zu dem zur Überprüfung der Funktion herangezogenen Beispiel aus dem Stand der Technik identisch ausgebildet und unterscheidet sich von diesem lediglich in der Ausführungsform der Dichtung 6.
Der in dem in Fig. 2 gezeigten Diagramm abgebildete parabelförmige Bereich bei niederen Drücken ergibt sich hauptsächlich aus dem Freistellvolumen an der Dichtung 6. An dem Diagramm ist zu erkennen, dass bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Dichtung 6 der Anteil der Dichtung 6 an der Weichheit des Systems (entspricht dem parabelförmigen Bereich) nahezu verschwunden ist.
Das Fluidvolumen, das der Druckraum 4 aufnimmt, verringert sich somit um ca. 60 %. Das bedeutet, dass mit dem gleichen Volumen an Druckmedium 5 der Kolben 3 um einen größeren Weg ausgerückt werden kann als mit einem aus dem Stand der Technik bekannten herkömmlichen System, bzw. umgekehrt ausgedrückt, dass die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Anordnung für die Realisierung des gleichen Ausrückwegs lediglich 40% des Druckmediumvolumens benötigt, welches von der zum Vergleich herangezogenen Kolben-Zylinder-Anordnung aus dem Stand der Technik benötigt wird. Bezuqszeichenliste Kolben-Zylinder-Anordnung
(Zylinder-) Gehäuse
Kolben
Druckraum
Druckmedium
Dichtung
radial innere Dichtlippe
radial äußere Dichtlippe
Stützring
gehäuseabgewandte Stirnseite
Öffnung
Hohlraum
Zugang
Fluidleitweg
Dichtungskante
Dichtungskante
Dichtrücken
Rippe

Claims

Patentansprüche
Kolben-Zylinder-Anordnung (1 ) für eine Kupplung, mit einem Gehäuse (2) und einem darin axial verschiebbar angeordneten Kolben (3) und mit einem ringförmigen Druckraum (4), welcher zwischen dem Kolben (3) und dem Gehäuse (2) ausgebildet ist und mit einem Druckmedium (5) zum Zwangsverlagern des Kolbens (3) befüllbar ist, wobei der Kolben (3) eine Dichtung (6) aufweist, welche dem Druckraum (4) zugewandt ist und mit einer radial inneren und einer radial äußeren Dichtlippe (7, 8) das Gehäuse (2) gegen Fluiddurchlass in Richtung des Kolbens (3) abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Dichtung (6) so abgestimmt ist, dass bei zunehmendem Druck im Druckraum (4) einer Verlagerung und/oder Kompression des die Dichtung (6) ausbildenden Materials ohne Hervorrufen einer Zwangsbewegung des Kolbens (3) in Axialrichtung entgegengewirkt wird.
Kolben-Zylinder-Anordnung (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) ringförmig um eine in Umfangsrichtung umlaufende Zentralachse verlaufend geschlossen, kreisringartig, C-profilartig oder einen Schlitz aufweisend ausgebildet ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung (1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) in ihrem Inneren einen Hohlraum (12) aufweist.
Kolben-Zylinder-Anordnung (1 ) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) zumindest einen Zugang (13) aufweist, welcher als ein Kanal oder ein Loch ausgebildet ist und bis zu dem Hohlraum (12) führt.
Kolben-Zylinder-Anordnung (1 ) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innenliegende Hohlraum (12) über den Zugang (13) fluidleitend mit dem Druckraum (4) verbunden ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) in zumindest dem Betriebszustand, in dem der Kolben (3) eingerückt angeordnet ist, in Axialrichtung gesehen beidseitig anliegend und/oder axial vorgespannt positioniert ist.
7. Kolben-Zylinder-Anordnung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und die Dichtung (6) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Dichtung (6) zumindest teilweise von dem Druckmedium (5) umströmbar ist.
8. Kolben-Zylinder-Anordnung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Dichtrücken (17) der Dichtung (6) in Radialrichtung wirkende oder leitende Fluidwege (14) vorbereitet sind.
9. Kolben-Zylinder-Anordnung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützring (9) zwischen dem Kolben (3) und der Dichtung (6) vorgesehen ist.
10. Kupplung, wie eine Einfachkupplung oder eine Doppelkupplung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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