Druckmittelzylinder mit einer funktionsoptimierten Führungshülse

Abstract

 Es wird ein Druckmittelzylinder für ein hydraulisches Betätigungssystem eines Kraftfahrzeuges beschrieben, der ein Gehäuse mit einem ersten Innenzylinder und eine Führungshülse (181) aus Kunststoff umfasst, die mit einem Befestigungsbereich (201) fest mit dem Gehäuse verbunden ist und einen zweiten Innenzylinder mit einer Zylindermantelfläche (191) aufweist, welcher axial zu dem ersten Innenzylinder des Gehäuses angeordnet ist und mit diesem eine gemeinsame Laufbuchse für einen darin verschiebbar angeordneten Kolben ausbildet. Die Abdichtung des Kolbendruckraums umfasst der Druckmittelzylinder eine gehäusefeste Dichtung, die mit dem Kolben und mit dem Gehäuse und/oder der Führungshülse (181) zusammenwirkt. Zur Verbesserung der Dauerhaltbarkeit des Druckmittelzylinders wird vorgeschlagen, den Befestigungsbereich (201) der Führungshülse und zumindest einen Abschnitt der mit dem Kolben zusammenwirkenden Zylindermantelfläche (191) der Führungshülse (181) aus unterschiedlichen Kunststoffen auszuführen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Druckmittelzylinder für ein hydraulisches Betätigungssystem eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

[0002] Ein solcher Druckmittelzylinder wird beispielsweise als Geber- oder Nehmerzylinder für ein hydraulisches Kupplungs- oder Bremssystem eines Kraftfahrzeuges eingesetzt und ist aus der DE 103 52 941 A1 bzw. der EP 1 602 544 A1 bekannt. Es ist hierbei gemäß einer bestimmten Ausführungsform üblich, das Gehäuse und ebenso die Führungshülse aus einem Polyamidwerkstoff mit einem Faserzusatz zu fertigen, wodurch eine hohe Steifheit und Festigkeit des Druckmittelzylinders erreicht werden können. Der Kolben bzw. dessen mit der Dichtung zusammenwirkender Mantelbereich kann bei einem solchen Zylinder ebenfalls aus einem hochfesten, faserverstärkten Kunststoff oder aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sein. Im verbauten Zustand befindet sich zwischen dem Kolben und dessen Laufbuchse ein, wenn auch geringer Radialspalt, so dass sich der Kolben insbesondere in dessen eingefahrener Stellung gegenüber der Mittelachse der Laufbuchse leicht verkippen und sich reibend an die Führungshülse anlegen kann. Dieses kann zu einer Aufrauung der Kolbenoberfläche und in Folge zu einem Verschleiß der Dichtung und schließlich zum Ausfall des Druckmittelzylinders führen.

[0003] Von dieser Problematik ausgehend, stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen Druckmittelzylinder der eingangs genannten Art bereitzustellen, der eine hohe mechanische Festigkeit aufweist und der ebenso über dessen Einsatzdauer zuverlässig fluiddicht ist.

[0004] Die vorgenannte Aufgabe wird mit einem Druckmittelzylinder der eingangs genannten Art gelöst, welcher zusätzlich die im Kennzeichen von Patentanspruch 1 genannten Merkmale umfasst.

[0005] Es wird demnach ein Druckmittelzylinder für ein hydraulisches Betätigungssystem eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, der ein Gehäuse mit einem ersten Innenzylinder und mit einem Druckanschluss und eine Führungshülse aus Kunststoff aufweist, die mit einem daran ausgebildeten Befestigungsbereich fest mit dem Gehäuse verbunden ist und die einen zweiten Innenzylinder mit einer Zylindermantelfläche aufweist, welcher axial zu dem ersten Innenzylinder angeordnet ist und mit diesem eine gemeinsame Laufbuchse ausbildet. In der Laufbuchse ist ein Kolben verschiebbar geführt, der dabei einen variablen Druckraum begrenzt. Zur Abdichtung des Druckraumes ist eine gehäusefeste Dichtung vorgesehen, die mit dem Kolben und mit dem Gehäuse und/oder mit der Führungshülse zusammenwirkt. Der Druckmittelzylinder zeichnet sich dadurch aus, dass der Befestigungsbereich der Führungshülse und zumindest ein Abschnitt der mit dem Kolben zusammenwirkenden Zylindermantelfläche der Führungshülse aus unterschiedlichen Kunststoffen ausgeführt sind.

[0006] Der grundlegende Gedanke der Erfindung liegt darin, die Funktionen der Führungshülse zu trennen. Zum einen kommt der Führungshülse eine Stützfunktion zu, indem sich diese gegenüber auftretenden Montage- und Betriebskräften am Gehäuse abstützen muss, zum anderen sind zur sicheren und zur dauerhaften beschädigungsfreien Führung des Kolbens günstige Gleiteigenschaften erforderlich.

[0007] Von dieser Überlegung ausgehend haben die Erfinder vorgesehen, die beiden Funktionsbereiche auch in konstruktiver Hinsicht zu trennen und diese mit unterschiedlichen, jeweils für den vorgesehenen Zweck optimierten Kunststoffen auszuführen. Somit kann zumindest für den Befestigungsbereich ein steifer, hochfester Kunststoff, insbesondere ein mit Glasfasern verstärktes Polyamid, z.B. PA 66 GF 35, mit einem hohen Verschleißwiderstand und zumindest für eine Teil der die Führungsfläche bildenden Mantelfläche ein demgegenüber zäherer Kunststoff, z.B. ein Thermoplast ohne Faserzusätze, z.B. PA 66 oder ein gleitmodifizierter Thermoplastwerkstoff, z.B. PA 66 PTFE, Verwendung finden. Dadurch kann der Verschleiß an dem aus Kunststoff oder Metall gefertigten Kolben deutlicht reduziert werden, was sich wiederum positiv auf die Lebensdauer der Dichtung und des gesamten Druckmittelzylinders auswirkt.

[0008] Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0009] Gemäß einer Ausgestaltung eines Druckmittelzylinders ist zumindest ein Teil der Zylindermantelfläche der Führungshülse aus einem Kunststoff gefertigt, der im Zusammenwirken mit dem Kolben gegenüber der übrigen Führungshülse einen verringerten Gleitreibungsbeiwert aufweist.

[0010] Der Grundgedanke der Erfindung ist auf einfache Weise realisierbar, wenn die mit dem Kolben zusammenwirkende Zylindermantelfläche mit einer, sich von dem Trägermaterial insbesondere hinsichtlich deren Gleiteigenschaften unterscheidenden Kunststoff-Beschichtung versehen ist. Anstelle dessen kann in die Führungshülse auch ein Einsatzteil, also eine weitere Hülse eingeführt werden und mit dem Kolben zusammenwirken. Diesem Aufbauprinzip folgend, erweist es sich fertigungstechnisch als besonders zweckmäßig, die Führungshülse als Verbundbauteil mit einem inneren, mit dem Kolben zusammenwirkenden Mantelbereich und mit einem äußeren Mantelbereich auszuführen, an welchem der Befestigungsbereich ausgebildet ist.

[0011] Es ist im Sinne der Erfindung jedoch nicht zwingend, die Mantelfläche der Führungshülse über deren gesamte axiale Länge mit einem anderen Kunststoff auszuführen. Eine Verkippung des Kolbens und damit ein abrasiver Verschleiß mit der Führungshülse treten nahezu nur im eingefahrenen Zustand des Kolbens auf. Damit genügt es auch, wenn die Führungshülse als Verbundbauteil mit einem zum Druckraum weisenden ersten Axialbereich mit einem gleitoptimierten Werkstoff und mit einem zweiten, den Befestigungsbereich aufweisenden zweiten Axialbereich hinsichtlich einer geforderten Festigkeit ausgeführt ist, wobei die Dichtung an dem ersten Axialbereich angeordnet ist. Der gleitoptimierte erste Axialbereich kann sich dabei beispielsweise bis zu etwa einem Drittel der Gesamtlänge der Führungshülse erstrecken.

[0012] Der erfindungsgemäße Druckmittelzylinder kann sowohl als Nehmer- als auch als Geberzylinder ausgeführt werden.

[0013] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.

[0014] Es zeigen:

Fig. 1

einen hydraulischen Nehmerzylinder mit einem Gehäuse und einer darin angeordneten Führungshülse gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2

eine Führungshülse, deren Mantelfläche und Hauptkörper radial gestaf- felt sind und aus unterschiedlichen Kunststoffen bestehen;

Fig. 3

eine axial geteilte Führungshülse, deren Teile aus unterschiedlichen Kunststoffen bestehen.

[0015] In Fig. 1 ist ein als hydraulischer Nehmerzylinder 10 ausgebildeter Druckmittelzylinder zur Betätigung einer Reibungskupplung eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Der Druckmittelzylinder 10 umfasst zunächst ein mit einem Druckanschluss 12 versehenes einseitig geschlossenes Kunststoffgehäuse 14 mit einer im Durchmesser gestuften zylindrischen Ausnehmung 16, in dessen offenen, erweiterten Bereich eine ebenfalls aus Kunststoff bestehende Führungshülse 18 eingeführt und dort festgelegt ist. Dazu sind an der äußeren Umfangsfläche der Führungshülse 18 mehrere Befestigungsbereiche in Form von radial abgespreizten Schnapphaken 20 vorgesehen, welche in dazu korrespondierende Fenster 22 am Gehäuse 14 eingreifen, dort verrasten und die Führungshülse 18 somit gegenüber Montage- und Betriebskräften am Gehäuse 14 abstützen können. Im Inneren der Führungshülse 18 ist ebenfalls ein Innenzylinder 17 mit einer Zylindermantelfläche 19 ausgebildet, welcher axial zu einem im vorderen Teil des Gehäuses 14 ausgebildeten Innenzylinder 15 angeordnet ist und mit diesem eine gemeinsame Laufbuchse 15, 17 für einen dort verschiebbar angeordneten, faserverstärkten Duroplast-Kunststoffkolben auf Phenolharzbasis ausbildet, der somit einen variablen Kolben-Druckraum 26 begrenzt. Zur Abdichtung des Druckraumes 26 ist an einer Durchmesserstufe 28 des Gehäuses ein Lippendichtring 30 eingesetzt, der zugleich am Kolben 24, an dem Gehäuse 14 und an der Führungshülse 18 dichtend anliegt. Der Dichtring 30 kann gemäß einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführung auch zwischen dem Kolben 24 und dem Gehäuse 14 oder zwischen dem Kolben 24 und der Führungshülse 18 angeordnet werden, wobei im letzteren Fall eine weitere Dichtung zwischen der Führungshülse 18 und dem Gehäuse 14 erforderlich ist.

[0016] Der Kolben 24 ist druckraumseitig mit einer Zentralausnehmung 32 ausgeführt, zwischen deren Boden und dem Zylinderboden eine Schraubendruckfeder 34 eingesetzt ist, welche den Kolben 24 in dessen ausgefahrene Stellung belastet. An der gegenüberliegenden Axialseite des Kolbens 24 greift in einer Ausnehmung 36 eine Kugelkalotte 37 einer verschwenkbaren Stößelstange 38 an, welche zur Übertragung einer Betätigungskraft auf einen hier zeichnerisch nicht dargestellten Kupplungshebel und über einen Ausrücker weiter zu einem Ausrückorgan der Reibungskupplung dient. Zum Schutz des Zylinderinnenraums, insbesondere der Laufbuchse 15, 17 vor eindringenden Verunreinigungen ist zwischen dem offenen Endbereich des Gehäuses 14 und einem von einer Gleitschutzkappe 40 umgebenden Kugelkopf 42 der Stößelstange 38 ein geschlossener Faltenbalg 44 eingesetzt.

[0017] Soweit beschrieben, entspricht der in Fig. 1 dargestellte Druckmittelzylinder 10 dem Stand der Technik.

[0018] Fig. 2 zeigt eine gemäß der Erfindung modifizierte Führungshülse 181 zum Einbau in den vorbeschriebenen Nehmerzylinder 10. Die Führungshülse zeichnet sich allgemein dadurch aus, dass deren Befestigungsbereiche einerseits und zumindest ein Abschnitt der mit dem Kolben 24 zusammenwirkenden Zylindermantelfläche 19 andererseits aus unterschiedlichen Kunststoffen ausgeführt sind.

[0019] Die Führungshülse 181 ist dazu als Verbundbauteil ausgebildet und umfasst einen inneren, mit dem Kolben 24 zusammenwirkenden Mantelbereich 191 und einen äußeren Mantelbereich 192, an welchem die Befestigungsbereiche in Form der Schnapphaken 201 ausgebildet ist. Der äußere Mantelbereich 192 ist dazu aus einem mit Glasfasern verstärkten Polyamid, z.B. PA 66 GF, also einem Werkstoff mit einem hohen Verschleißwiderstand und der innere, die Führungsfläche des Kolbens aufweisende Mantelbereich 191 ist demgegenüber aus einem Thermoplast ohne Faserzusätze, z.B. PA 66, welches durch einen PTFE Zusatz gleitmodifiziert sein kann, hergestellt. Bei der Herstellung der Führungshülse 181 wird zunächst der Außenmantel 192 mit dem Befestigungsbereichen 201 durch ein Spritzgussverfahren hergestellt und in einem weiteren Schritt wird ebenfalls durch Spritzgießen der innere Mantelbereich 191 erzeugt. Selbstverständlich können die Prozessschritte soweit dieses technologisch vorteilhaft erscheint auch vertauscht werden. Aufgrund des kleineren Volumens und damit dem geringeren Schwund kann der innere Mantelbereich 191 äußerst maßhaltig gefertigt werden, so dass sich dadurch die Führung des Kolbens 24 in diesem Laufbahnabschnitt verbessert. Durch die erläuterte Werkstoffauswahl wird die zwischen dem Kolben 24 und der Führungshülse 181 wirkende Gleitreibung erniedrigt und der Verschleiß der Teile, insbesondere auch des Dichtrings 30 deutlich verringert.

[0020] Eine radiale Staffelung der Funktionselemente der Führungshülse kann alternativ ebenso durch eine im Vergleich zu einer Verbundbauweise dünne Kunststoff-Beschichtung erzielt werden, wobei deren Erstreckung auf etwa einem Millimeter begrenzt ist und vorzugsweise ca. 10-300 Mikrometer beträgt. Als weitere Alternative kann die innere Zylindermantelfläche der Führungshülse auch durch ein separat gefertigtes und montierbares Einsatzteil unter Verwendung eines vorgenannten zweckmäßigen Kunststoffs gebildet werden.

[0021] Fig. 3 zeigt eine Führungshülse 182, die ebenfalls als Verbundbauteil, hier jedoch im Unterschied zu derjenigen der Fig. 2 mit einer axialen Teilung ausgeführt ist. Diese Führungshülse 182 verfügt über einen zum Druckraum 26 weisenden ersten Axialbereich 193, an dem stirnseitig die Anlagefläche 195 für den Dichtring 30 (Fig. 1) vorgesehen ist und welcher wiederum aus einem im Zusammenwirken mit dem Kolben 24 gleitoptimierten Kunststoff gefertigt ist. An diesen ersten Axialbereich 193 ist mittels eines Kunststoffgießverfahrens ein zweiter Axialbereich 194 aus einem hochfesten Kunststoff angeschlossen, an dem die Schnapphaken 202 zur Festlegung der Führungshülse 182 am Gehäuse 14 des Druckmittelzylinders 10 ausgebildet sind.

[0022] Möglich ist ebenfalls eine Führungshülse mit einem sowohl radial als axial gestaffelten Komponentenaufbau. Dazu können beispielweise die Führungshülsen 181, 182 der Fig. 2, 3 zur Deckung gebracht werden.

Bezugszeichenliste

[0023] 

10

Druckmittelzylinder

12

Druckanschluss

14

Gehäuse

15

Innenzylinder des Gehäuses

16

Ausnehmung

17

Innenzylinder der Führungshülse

18, 181, 182

Führungshülse

19

Zylindermantelfläche

191

Innenmantel

192

Außenmantel

193

erster Axialbereich

194

zweiter Axialbereich

195

Anlagefläche

20, 201

Befestigungsbereich

22

Fenster

24

Kolben

26

Druckraum

28

Stufe

30

Dichtring

32

Zentralausnehmung

34

Schraubendruckfeder

36

Ausnehmung

37

Kugelkalotte

38

Stößelstange

40

Gleitschutzkappe

42

Kugelkopf

44

Faltenbalg

Ansprüche

1. Druckmittelzylinder (10) für ein hydraulisches Betätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, umfassend

- ein Gehäuse (14) mit einem ersten Innenzylinder (15) und mit einem Druckanschluss (12),

- eine Führungshülse (18) aus Kunststoff, die mit einem Befestigungsbereich (20) fest mit dem Gehäuse (14) verbunden ist und einen zweiten Innenzylinder (17) mit einer Zylindermantelfläche (19) aufweist, welcher axial zu dem ersten Innenzylinder (15) des Gehäuses (14) angeordnet ist und mit diesem eine gemeinsame Laufbuchse (15, 17) ausbildet,

- einen in der Laufbuchse (15, 17) verschiebbar angeordneten Kolben (24), der einen variablen Druckraum (26) begrenzt,

- eine gehäusefeste Dichtung (30), die mit dem Kolben (24) und mit dem Gehäuse (14) und/oder der Führungshülse (18) zusammenwirkt,

dadurch gekennzeichnet,
dass der Befestigungsbereich (20) der Führungshülse (18) und zumindest ein Abschnitt der mit dem Kolben (24) zusammenwirkenden Zylindermantelfläche (19) der Führungshülse (18) aus unterschiedlichen Kunststoffen ausgeführt sind.

2. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Teil der Zylindermantelfläche (19) aus einem Kunststoff gefertigt ist, der im Zusammenwirken mit dem Kolben (24) gegenüber der übrigen Führungshülse (18) einen verringerten Gleitreibungsbeiwert aufweist.

3. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zylindermantelfläche (19) eine Kunststoff-Beschichtung oder ein Einsatzteil aufweist.

4. Druckmittelzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungshülse (18) als Verbundbauteil mit einem inneren, mit dem Kolben (24) zusammenwirkenden Mantelbereich (191) und mit einem äußeren Mantelbereich (192) ausgeführt ist, an welchem der Befestigungsbereich (201) ausgebildet ist.

5. Druckmittelzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungshülse (18) als Verbundbauteil mit einem zum Druckraum (26) weisenden ersten Axialbereich (193) und mit einem zweiten, den Befestigungsbereich (202) aufweisenden zweiten Axialbereich (194) ausgeführt ist, wobei die Dichtung (30) an dem ersten Axialbereich (193) angeordnet ist.

Zeichnung