DE10062988B4

DE10062988B4 - Hydraulische Betätigungseinrichtung an Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE10062988B4
Application number: DE10062988A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Rieß; Dieter Dipl.-Ing. Gebauer; Boleslaw Dipl.-Ing. Tulaczko
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-12-16
Filing date: 2000-12-16
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2020-12-17
Also published as: DE10062988A1

Abstract

Kolben für einen Geberzylinder und/oder einen Nehmerzylinder einer hydraulischen Betätigungseinrichtung an Kraftfahrzeugen mit einem Kugelsitz zur gelenkigen Lagerung eines Stößels mit einer ersten Stößelkugel und einer zweiten Stößelkugel zur Übertragung der Betätigungswege und -kräfte, wobei die erste Stößelkugel über eine Schnappverbindung mit dem Kolben und die zweite Stößelkugel mit einem Betätigungsorgan verbunden ist, wobei der Kolben ein Kunststoffteil ist und einen Kolbengelenkkopf aufweist, der einen Kugelsitz zur gelenkigen Aufnahme der ersten Stößelkugel aufweis, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) in seinem Inneren ein Innengewinde (4) aufweist, in welches der Kolbengelenkkopf (7) mit einem dazu passenden Gewinde (9) eingeschraubt werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben, der in einem Geberzylinder oder in einem Nehmerzylinder einer hydraulischen Betätigungseinrichtung an Kraftfahrzeugen eingebaut sein kann, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 198 20 578 A1 ist eine hydraulische Betätigungseinrichtung zum Verstellen von Aggregaten, insbesondere an Kraftfahrzeugen, bekannt, die einen Nehmerzylinder mit einem Gehäuse und einem Kolben, der in einem Zylinder des Gehäuses und/oder einer Führungshülse verschiebbar angeordnet ist aufweist und/oder einen mit diesem Nehmerzylinder hydraulisch verbundenen Geberzylinder, wobei der Zylinder entlang einer seiner Mantellinien einen Verbindungskanal aufweist, der zur Entlüftung des Zylinders beim Befüllen des Systems Luftblasen in entsprechend angeordnete Kanäle leitet. Der Erfindungsgedanke liegt darin, dass der Zylinder gegenüber dem Kraftfahrzeug, in welches er eingebaut ist, eine Neigung aufweist; die größer Null ist, um den Luftblasen beim Befüllen den Weg nach außen zu erleichtern.

Die 1 und 2 zeigen jedoch einen Kolben gemäß dem heutigen Stand der Technik, der aus einem Tiefziehteil aus Metall besteht, welches über ein Kunststoffteil gestülpt ist, welches seinerseits über eine Schnappverbindung mit einer Stößelkugel eines Stößels verbunden ist. Da die Zylindergehäuse von Geber- und Nehmerzylinder sowie deren Führungshülsen und Dichtungen aus Kunststoff bestehen, hat es sich bisher als zweckmäßig erwiesen, die Oberfläche des Kolbens aus Stahl mit polierter Oberfläche zu gestalten, um das Verschleißverhalten des Kolbens gegenüber insbesondere den Dichtungen über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten. Man liegt damit auf der sicheren Seite, was Funktion, Lebensdauer und Geräuschverhalten betrifft, erkauft sich diesen Vorteil jedoch durch höhere Herstellkosten.

Betätigungseinrichtungen, bei denen ein Stößel zur Betätigung durch axiales Einbringen in den Kolben mit den Kolben durch eine Rastverbindung befestigt werden kann, sind bereits bekannt (WO 88/08801 A1, DE 33 08 042 A1 , DE 195 02 926 A1 , GB 2.235.961 A , DE 42 32 807 A1 ).

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, einen Kunststoffkolben ohne Stahlummantelung direkt gegen Zylindergehäuse, Führungshülsen und Dichtungen zu betreiben, jedoch nicht auf die Schnappverbindung zu verzichten, die sich bei dem Kolben gemäß dem Stand der Technik als zweckmäßig erwiesen hat. Der Stößel wird nämlich gemäß dem Stand der Technik in das Kunststoffteil des Kolbens eingeschnappt, bevor dieses seinerseits in das Tiefziehteil des Kolbens eingeschoben und dort durch Umlegen des stirnseitigen Endes des Tiefziehteils verstemmt wird. In der Nähe des Kugelsitzes im Kunststoffteil sind Schlitze angeordnet, die in Achsrichtung verlaufen und durch Bildung von Zungen dem verbleibenden Material erlauben, sich auf zu spreizen, wenn die Kugel in den Kugelsitz eingeschoben wird. Ohne äußere Fixierung könnte bei Zugbeanspruchung der Stößel aus diesem Kugelsitz wieder herausgezogen werden, wobei sich die Aufspreizung in der ähnlichen Weise wie bei der Montage erfolgt. Nach Einschieben des Kunststoffteils in das Stahl – Tiefziehteil des Kolbens kann das Kunststoffteil durch das Verstemmen des Tiefziehteils nicht mehr aus diesem herausgezogen werden, wodurch auch die Aufspreizung nicht mehr stattfinden kann und der Kolben in beiden axialen Richtungen sicher mit dem Stößel verbunden ist.

Der vorgeschlagene Kunststoffkolben weist einen Innenzylinder analog zum Tiefziehteil des Standes der Technik auf, wo ein Kolbengelenkkopf eingeführt werden kann, der einen Außenzylinder aufweist, der sich in den Innenzylinder einfügt. Im Bereich seines Außenzylinders ist der Kolbengelenkkopf geschlitzt und weist dort Zungen auf, die nach außen federn können und eine Stößelkugel des Stößels in einem Kugelsitz aufnahmen kann, wodurch eine Schnappverbindung analog zum Stand der Technik dargestellt wird. Hierbei wird die Stößelkugel vom Kolbengelenkkopf vollständig aufgenommen und auf diese Weise optimal gelagert. Hierbei ergeben sich die folgenden zusätzlichen Vorteile:

• Der Zusammenbau des Kolbens arbeitet im Zylinder nahezu spielfrei, da kein Toleranzüberschneidungen zu berücksichtigen sind;
• Der zu erwartende Verschleiß ist durch die Auswahl optimaler Reibpartner sowohl in einer Zugrichtung als auch in einer Druckrichtung gering;
• Die optimale Wahl der Reibpartner ergibt eine Geräuschfreiheit bei der Betätigung, insbesondere bei der Auslenkung des Stößels.

Um zu verhindern, das sich der Kolbengelenkkopf bei Zugbelastung am Stößel aus dem Kolben herausbewegt, ist im Inneren des Kolbens ein Innengewinde und am Kolbengelenkkopf ein Gewinde angeordnet, die miteinander verschraubt werden können. Der Kolbengelenkkopf ist somit mit dem Kolben über ein Gewinde verbunden und kann bis zu einem Anschlag durch beispielsweise einen Bund in den Kolben hineingedreht werden.

Da Geber- bzw. Nehmerzylinder hohen Belastungen bei einer Vielzahl von Lastspielen ausgesetzt sind, ist es erforderlich, entweder ein Gewinde zu verwenden, welches sich nach der Montage des Kolbengelenkkopfes nicht mehr löst, oder aber eine Sicherung vor zu sehen, die insbesondere entgegen der Einschraubrichtung wirksam wird und einen Formschluss herstellt, der sich im Betrieb nicht mehr löst. Als Maßnahmen zur Verhinderung des Lösens der Schraubverbindung bieten sich folgende Möglichkeiten an:

• Verwendung eines selbstsichernden Feingewindes;
• Verbesserung der Verbindung des Kolbens mit dem Kolbengelenkkopf durch Anbringen eines Klebers im Gewinde;
• Die beiden Teile können ultraverschweißt werden; in diesem Falle kann auf ein Gewinde und auf eine axiale Sicherung möglicherwise verzichtet werden;
• der schon erwähnte Formschluss kann aus mindestens einem Rastzahn und mindestens einer Rastnut bestehen, die eine Verdrehung entgegen der Einschraubrichtung nicht zulassen. Eine solche Rastenverbindung kann auch so konstruiert sein, dass sie sich in der Einschraubrichtung leicht und entgegen der Einschraubrichtung schwer betätigen lässt.

Der Vorteil der Erfindung liegt in der Tatsache, dass es sich beim Kolben und beim Kolbengelenkkopf um werkzeugfallende Kunststoffteile handelt, die keiner spanenden Nacharbeit mehr bedürfen, wobei der Kolben zur Herbeiführung optimaler Reibpartnerschaft vorzugsweise aus Duroplast – Material besteht. Außerdem ist die Montage des Stößels mit dem Kolbengelenkkopf und die Montage des vorgenannten Zusammenbaus mit dem Kolben einfach und nahezu ohne größere Hilfsmittel möglich.

Die Erfindung hat es sich somit zur Aufgabe gemacht, einen kostengünstigen Kolben für einen Geber- oder Nehmerzylinder einer hydraulischen Betätigungseinrichtung an Kraftfahrzeugen darzustellen, der gegenüber dem Stand der Technik Vereinfachungen und in der Herstellung Verbilligungen aufweist, ohne Beeinträchtigungen in der Funktion in Kauf nehmen zu müssen.

Die Lösung der Aufgabe ist im Hauptanspruch beschrieben. Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand von vier Zeichnungen wird ein Kolben für eine hydraulische Betätigungseinrichtung und dessen Verbindungsmittel mit einem Stößel dargestellt. Es zeigen:
1 einen Kolben mit einem Kolbengelenkkopf, der einen Kugelsitz zur Aufnahme einer Stößelkugel eines Stößels aufweist und mittels eines Gewindes mit dem Kolben verbunden ist;
2 den Kolben, den Kolbengelenkkopf und den Stößel in Explosivdarstellung, wobei der Bereich des Kugelsitzes des Kolbengelenkkopfes geschlitzt ausgeführt ist;
3 den Kolben und den Kolbengelenkkopf im Bereich des Gewindes mit einem Rastzahn und einer Rastnut zur Verdrehsicherung entgegen der Einschraubdrehrichtung;
4 die Elemente gemäß 1 mit einer Führungshülse als Baueinheit zur Montage in einem Geber/Nehmerzylinder.
Wird mit 1 ein Kolben für einen Geberzylinder und/oder einen Nehmerzylinder einer hydraulischen Betätigungseinrichtung an Kraftfahrzeugen bezeichnet, so weist dieser eine vielfältige gestaltbare Kolbenoberfläche 2, einen Innenzylinder 3, ein Innengewinde 4 sowie eine ringförmige Stirnfläche 5 auf. Der Kolben besteht aus Kunststoff und ist vorzugsweise aus Duroplast gefertigt, welches hohe Festigkeit mit günstigen Laufeigenschaften im Geber- bzw. Nehmerzylinder gewährleistet. Von der endseitigen, ringförmigen Stirnfläche 5 aus gesehen sind der Innenzylinder 3 und das Innengewinde 4 derart angeordnet, dass ein Kolbengelenkkopf 7 eingeschraubt werden kann, der einen Außenzylinder 8 und eine Gewinde 9 aufweist, welches mit dem Innengewinde 4 des Kolbens 1 verschraubt werden kann, wobei der Außenzylinder 8 sich an den Innenzylinder 7 des Kolbens 1 anschmiegt und solange eingedreht werden kann, bis sich ein Bund 11 am Kolbengelenkkopf 7 an die ringförmige Stirnfläche 5 des Kolbens 1 anlegt.
Die 2 zeigt den Kolbengelenkkopf 7, der im Bereich des Bundes 11 mehrere Schlitze 10 aufweist, die bewirken, dass das verbleibende Material Zungen 6 bildet, die sich federnd nach außen und innen bewegen können. Innerhalb dieser Zungen 6 ist ein Kugelsitz 12 angeordnet, welcher eine erste Stößelkugel 14 eines Stößels 13 aufnehmen kann, wobei die beiden Teile durch die federnden Zungen eine Schnappverbindung miteinander eingehen können. Diese Verbindung stellt eine gelenkige Lagerung des Stößels 13 mit dem Kolbengelenkkopf 7 dar, wobei eine zweite Stößelkugel 15 je nach Bauart des Zylinders mit einem Pedal zur Betätigung des Kolbens oder mit einem zu betätigenden Aggregat verbunden wird.
Gemäß 3 wird eine Verdrehsicherung zwischen dem Kolbengelenkkopf 7 und dem Kolben 1 gezeigt, die aus einer Rastnut 16 im Kolben 1 und einem Rastzahn 17 im Kolbengelenkkopf 7 besteht. Es ist ersichtlich, dass der Kolbengelenkkopf 7 gemäß 3 gegenüber dem Kolben 1 nur im Uhrzeigersinn verdreht werden kann, wobei der Rastzahn 17 in die für diesen vorgesehene Nut im Kolbengelenkkopf 7 einfedert und die Drehung ermöglicht. Eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn des Kolbengelenkkopfes 7, die einer Bewegung entgegen der Einschraubdrehrichtung gleich kommt, ist somit nicht möglich, und die beiden ineinander geschraubten Teile sind gesichert. Wie schon erwähnt, sind andere Form- und Reibschlusssicherungen möglich
Gemäß 4 ist die Baueinheit, bestehend aus dem Kolben 1, dem Kolbengelenkkopf 7 und dem Stößel 13 dargestellt, wie sie gemeinsam mit einer Führungsbuchse 18 in den Geber/Nehmerzylinder eingeschoben werden kann. Zur Aufnahme der Betätigungskräfte in einer Zugrichtung 20 ist am stößelseitigen Ende der Führungsbuchse 18 ein Ringbund 19 angeordnet, an welchem der Bund 11 des Kolbengelenkkopfes 7 anschlagen kann, wenn entweder aus dem hydraulischen System, oder vom Stößel 13 her Kräfte in der Zugrichtung 20 auftreten. Sollen vom Stößel 13 Kräfte auf den Kolben 1 in einer Druckrichtung 21 aufgebracht werden, so werden diese über den Kolbengelenkkopf 7 auf den Kolben 1 entweder über das Innengewinde 4, und/oder über einen Anschlag 22 übertragen.

1: Kolben
2: Kolbenoberfläche
3: Innenzylinder
4: Innengewinde
5: ringförmige Stirnfläche
6: Zungen
7: Kolbengelenkkopf
8: Außenzylinder
9: Gewinde
10: Schlitz
11: Bund
12: Kugelsitz
13: Stößel
14: erste Stößelkugel
15: zweite Stößelkugel
16: Rastnut
17: Rastzahn
18: Führungsbuchse
19: Ringbund
20: Zugrichtung
21: Druckrichtung
22: Anschlag

Claims

Kolben für einen Geberzylinder und/oder einen Nehmerzylinder einer hydraulischen Betätigungseinrichtung an Kraftfahrzeugen mit einem Kugelsitz zur gelenkigen Lagerung eines Stößels mit einer ersten Stößelkugel und einer zweiten Stößelkugel zur Übertragung der Betätigungswege und -kräfte, wobei die erste Stößelkugel über eine Schnappverbindung mit dem Kolben und die zweite Stößelkugel mit einem Betätigungsorgan verbunden ist, wobei der Kolben ein Kunststoffteil ist und einen Kolbengelenkkopf aufweist, der einen Kugelsitz zur gelenkigen Aufnahme der ersten Stößelkugel aufweis, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) in seinem Inneren ein Innengewinde (4) aufweist, in welches der Kolbengelenkkopf (7) mit einem dazu passenden Gewinde (9) eingeschraubt werden kann.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbengelenkkopf (7) die erste Stößelkugel (14) vollständig umschließt.
Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) einschließlich seiner Kolbenoberfläche (6) ein Spritzgussteil ohne spanende Nachbearbeitung ist.
Kolben nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenoberfläche (6) zur Vermeidung von Quietschgeräuschen gekreuzt oder spiralenförmig strukturiert sein kann.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) in seinem Inneren einen Innenzylinder (3) aufweist, in welchem der Kolbengelenkkopf (7) mit einem dazu passenden Außenzylinder (8) angeordnet werden kann.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbengelenkkopf (7) im Bereich des Kugelsitzes (12) Schlitze (10) aufweist, die die Schnappverbindung mit der ersten Stößelkugel (14) ermöglichen.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbengelenkkopf (7) einen Bund (11) aufweist, der zur axialen Positionierung des Kolbengelenkkopfes (7) gegenüber dem Kolben (1) dient.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolbengelenkkopf (7) und dem Kolben (1) Mittel angeord net sind, die verhindern, dass sich das Gewinde (9) des Kolbengelenkkopfes (7) aus dem Innengewinde (4) des Kolbens (1) lösen kann.
Kolben nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel aus mindestens einem Rastzahn (17) und mindestens einer Rastnut (16) bestehen, die eine Verdrehung des Kugelgelenkkopfes (7) gegenüber dem Kolben (1) nur in einer Einschraubrichtung zulassen und somit einen Formschluss ergeben.
Kolben nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss eine Rastenverbindung ist, die sich in der Einschraubrichtung leicht und entgegen der Einschraubrichtung schwer betätigen lässt.
Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reibschlussverbindung zwischen dem Kolbengelenkkopf (7) und dem Kolben (1) durch ein Feingewinde hergestellt wird.
Kolben nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbengelenkkopf (7) im Kolben (1) verklebt oder ultraschallverschweißt ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) im Geber/Nehmerzylinder und zumindest teilweise in einer Führungsbuchse (18) axial beweglich geführt ist, wobei diese axial im Geber/Nehmerzylinder festgelegt ist und einen Ringbund (19) aufweist, an dem der Bund (11) des Kolbengelenkkopfs (7) bei Betätigung des Kolbens (1) in einer Zugrichtung (20) anschlagen kann.
Kolben nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betätigung des Kolbens (1) in einer Druckrichtung (21) sich die Betätigungskräfte aus dem Stößel (13) über den Kolbengelenkkopf (7) am Kolben (1) abstützen.